高性能核电水泥的生产实践

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1、高性能核电水泥的生产实践程海平覃爱平李昌清侯益红摘要：通过对水化热、干缩率与强度的关系以及水泥S03、Mg0对干缩率的影响的研究，制定科学的生料配料方案，采用有异于其他水泥熟料的烧成工艺，生产出高强度、低水化热、低干缩率的核电工程专用水泥产品。关键词：核电专用水泥;低水化热;高抗压强度;低干缩率;0引言核电站工程所使用的水泥，技术要求高，需要具有低碱、低水化热、抗干缩性能好的特点。同时还需具有高流动性、早期和后期强度高、高抗蚀性、良好的体积稳定性、良好的抗冲耐磨性和合理膨胀性等特殊性能。核电水泥产品集中了中热硅酸盐

2、水泥、道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥及高强硅酸盐水泥的特点，技术指标范围窄，生产难度大，如高抗压强度与低水化热的矛盾，高抗压强度与低干缩率的矛盾等。为解决这些难点，进行了系列的技术研宂与改进，生产出了技术性能指标优越的产品。1核电水泥的特性1.1水化热、干缩率与强度的关系核电工程用硅酸盐水泥要求低水化热、低干缩率，同时要确保早期、后期强度，需耍合理的熟料矿物组分。在熟料的矿物组分中C3S在28d内强度发展迅速，决定着硅酸盐水泥28d以内的强度;C3S的水化热较高，其含量也最多，故放出的热量最多，但其耐腐蚀性较差。C2S

3、的硬化速度慢，在28d后才发挥其强度作用;而其水化热低，耐腐蚀性好。C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在广3d或稍长的时间内的强度起到一定作用，其水化热高，耐腐蚀性最差。C,AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小，水化热和耐腐蚀性均属中等［1］。有研宄表明，水泥矿物组分中C3A对干缩率的影响几乎是C3S的6倍位1，而C3A在水泥熟料的所有矿物中水化速度是最快的，会产生大量水化热，因此GA的含量宜低不宜高。然而，要保证水泥的早期强度，GA的含量又不能太低，只有将C3A的含量控制在一个合适

4、的范围内，才能将低水化热、低干缩率与高强度的矛盾找到一个平衡点。当前，核电水泥熟料屮的GS—般控制在＜57%，C3A控制在1.2水泥S03含量对干缩率的影响水泥中的S03含量实际就是控制石膏的掺量。由于石膏与GA在一定条件下形成膨胀性的钙矾石而减少水泥的干缩变形，因此在实际操作中，如果石膏掺量太少，则无法形成钙矶石，若掺量太高，则形成的钙矶石晶体迅速长大，产生膨胀作用，会造成水泥石密实度下降，同时会影响强度，降低水泥抵抗干缩变形的能力。随着水泥中S03含量的增加，对干缩率的影响越大，而超过3.7%时会对水泥的安定性

5、产生不良影响位1。由于S03能与熟料中C3A和C.,AF产生化合作用，故S03的含量与C3A和C.,AF的含量相关，因此对S03的控制必须在一个严格的范围内，最好控制在2.5%以下Hl。1.3熟料Mg0对干缩率的影响熟料中Mg0经过130(fl400°C的温度煅烧，少部分固溶于熟料矿物中，其余以方镁石晶体形式存在于熟料矿物之间，方镁石水化在形成水镁石的过程中产生微膨胀，利用这个膨胀作用，来补偿混凝土在其内部温度降低、干燥失水、体积自缩过程屮的体积收缩，降低其内部拉力，从而提高抗干缩能力。适当的分布均匀的方镁石膨胀，

6、并不会导致水泥石结构的破坏，反而对水泥石结构具有一定的改善作用。因此Mg0含量可偏高控制，但考虑到当Mg0含量超过4.2%时，对熟料的煅烧产生不利影响，故将熟料Mg0控制在2.0%~4.2%合适的范围内，既可保持合理的膨胀性又不影响窑的緞烧。2高性能核电水泥的工业生产2.1配料方案和率值根据GS、C2S和C、A的要求，结合水化热、干缩率、强度的关系及S03含量的影响，根据上述分析，参考当前核电水泥的通用控制指标，结合公司实际生产研究，特提出将C2S控制在25%〜40%,C3S控制在40%〜50%,C3A控制在1.0

7、%〜2.5%,GAF控制为彡14.0%的核电水泥熟料矿物组分，以此设计四种生料配料方案，见表1、将上述方案所配生料混合均匀，进行细磨，粒径控制在0.08mm方孔筛筛余<15%,然后在1350°C的条件下于高温炉内进行煅烧，得到熟料，将熟料利用试验小磨进行细磨至比表面积为30CT350m/kg,进行成分分析及水化热、干缩率和强度的检测。其熟料化学成分及矿物组成见表2,其水化热、干缩率与强度结果见表3。表2熟料化学成分及矿物组成下载原表表3熟料水化热、干缩率与抗压强度卜载原表通过上述试验可知，随着C2S的提高，C3A的

8、下降，其水化热不断降低，早期强度亦下降，但后期强度有所增高。综合上述4种方案，同时考虑水化热、强度，均能满足核电水泥的特殊要求，其中2号方案强度最好，其水化热处于较为理想的状态，能很好地使水化热与强度达到平衡，以此确定生料配料率值：KH=0.875±0.02,n=2.80±0.1,P=0.70±0.05较为理想。为满足上述生料配料的三率值，在生料配料中引入矽