一种新型高性能低环境负荷水泥高贝利特水泥的研究

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1、第14卷专辑3V01．14S3中国有色金属学报TheChineseJournalofNonlferrousMetals2004年10月0ct．2004文章编号：1004—0609(2004)S3—0496～05一种新型高性能低环境负荷水泥(高贝利特水泥)的研究隋同波，范磊，文寨军，王晶(中国建筑材料科学研究院．北京i00024)摘要：与通用硅酸盐水泥对比，系统介绍了高贝利特水泥的生产工艺特点、物理力学性能及耐久性能(水化放热特性、耐磨性能、干缩性能、抗侵蚀性能等)；此外对高贝利特水泥混凝土的相关性能也作了一些简单介绍。关键词：高贝利特水泥；低环境负荷；性能国

2、际上对水泥混凝土的耐久性和安全性很重视，1990年美国NIST及ACI大会首次提出了高性能混凝土的理论。根据该理论，高性能混凝±应具有高工作性、高强度及高耐久性三大技术特征。与此同时，混凝土的设计理念由简单的强度标号设计发展到强调耐久性与强度兼优的综合性能设计‘1’2

3、。为实现混凝土的高性能化，必须对原材料的合理选择、工艺参数的最优匹配及施工工艺的合理运用进行全面严格控制。其中，水泥作为混凝土的主要胶凝材料，其性能对混凝土的性能影响很大，换言之，高性能混凝土首先要求水泥的高性能化，因而水泥理所当然成为研究的重点。在“九五”期间，从水泥工业的节能、降耗、环保及

4、进一步提高水泥混凝土性能出发，中国建筑材料科学研究院在国家科技攻关项目的支持下，研究开发出了以贝利特为主导矿物的高性能、低环境负荷的低钙硅酸盐水泥——高贝利特水泥[3“]。高贝利特水泥具有以下特征[5“]：1)制备工艺的高效能化(HighEfficiency)——表现为对原燃材料适应性好，能源和资源消耗低，易在现有生产线上实现；2)与生态环境的协调化(HarmonizingwithEnvironment)——表现为能源资源消耗低，废弃物排放少，可消纳废弃物，环境负荷低；3)材料品质的高性能化(HighPerform—ance)——表现为良好的工作性，更高的强

5、度和优异的耐久性。1高贝利特水泥的生产工艺特点众所周知，以高钙阿利特为主导矿物的通用硅酸盐水泥熟料烧成温度较高，一般约为1450℃。在不考虑其他热损失的前提下，熟料烧成热耗来自两个方面，一是熟料矿物(主要是阿利特矿物)的高温形成；二是生料中石灰石的分解。据估算，CaCO。分解耗能约占熟料理论热耗的46％。显然，通用硅酸盐水泥熟料烧成的高能耗的根本原因在于其高钙矿物组成设计。此外，高钙矿物设计在生产工艺方面还导致了优质石灰石资源的过多消耗，以及温室气体CO：和有害气体SO。、NO，等的大量排放，从而加剧了水泥工业的能源资源消耗以及环境负荷。一般地，每生产1t通

6、用硅酸盐水泥熟料消耗1．2～1．3t石灰石，0．2～0．25t粘±，0．1～0．2t标煤，排放约1tCO：及一定量的SO：，NO，。因此，只要降低熟料组成中CaO的含量，即相应增加低钙贝利特矿物的含量，就可有效降低熟料烧成温度，减少生料中石灰石的用量，从而降低熟料烧成热耗。常用熟料矿物中CaO的含量和基本形成温度如表1所示。由表1数据可知，以低钙C：S矿物替代C。S，以低钙C4AF、C12A7、C11A，·CaF2、C。A。S、CA矿物替代C。A，生产以C。S为主导矿物的贝利特体系水泥，可以显著降低熟料热耗。中国建筑材料科学研究院在“九五”期间所开发的低钙高

7、性能硅酸盐水泥——高贝利特水泥在生产工艺方面具有烧成温度低、石灰石消耗较低、CO：、SO。及NO，等有害气体排放少、对石灰石原料品位要求低、窑小时产量高、综合生产成本低等特点。在立筒预热器窑中煅烧通用硅酸盐水泥熟料(PC)、G级油井水泥熟料时的工艺参数对比结果如表2所示。和PC及与PC相近的G级油井水泥熟料相比，在同一窑型中煅烧高贝利特水泥熟料，其显著的特点是可大幅度提高窑的台时产量，并显著降低烧成用煤耗。在煅烧HBC熟料时，窑的台时产量比煅烧PC和G级时提高近20％，单位质量熟料的石灰石消耗降低5％～10％，C02排放约降低10％，第14卷专辑3隋同波，等

8、：一种新型高性能低环境负荷水泥(高贝利特水泥)的研究裹1熟料矿物中CaO含量及烧成温度表2不同熟料煅烧时的相关工艺参数比较SO：、NO，排放相应减少；在能耗方面，煅烧HBC熟料单位煤耗比PC和G级熟料可降低18％～22％，烧成温度降低100～150℃(节煤20％～30％)。而单位熟料成本至少降低20元／t，单位水泥成本降低10～15元／t。2高贝利特水泥的性能特点2．1工作性高贝利特水泥(HBC)及通用硅酸盐水泥对外加剂的适应性对比试验结果如表3所示。表3掺不同外加剂时水泥的净浆流动性掺加木钙缓凝减水剂时，高贝利特水泥(HBC)的净浆流动度比通用硅酸盐水泥提

9、高10％，而掺高效减水剂时提高幅度更大，达到40％～