本書總結(jié)了保證低熱硅酸鹽水泥穩(wěn)定工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了進(jìn)一步調(diào)控低熱硅酸鹽水泥性能的創(chuàng)新方法，列舉了低熱硅酸鹽水泥應(yīng)用的經(jīng)典案例。
文寨軍
1968年出生，從事特種水泥基材料的研究和開發(fā)工作，現(xiàn)任中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司水泥科學(xué)與新型建筑材料研究院院長，中國水泥協(xié)會特種水泥分會秘書長，兼任國家級重點實驗室（綠色建筑材料國家重點實驗室）主任，教授級高級工程師，碩士研究生導(dǎo)師。
曾獲“全國優(yōu)秀科技工作者”“中國青年五四獎?wù)隆薄爸醒肫髽I(yè)勞動模范”“中央企業(yè)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”等榮譽(yù)和稱號，入選“國家百千萬人才工程”，享受國務(wù)院政府特殊津貼。
文寨軍參與完成國家科技支撐計劃、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）等10多項國家級科研項目，開發(fā)出一批具有國際先進(jìn)水平的特種水泥技術(shù)成果，被廣泛應(yīng)用于水電、石油、核電等工程建設(shè)領(lǐng)域。其成功突破傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的組成限制，解決了高活性晶型貝利特礦物的穩(wěn)定和活化這一國際難題，攻克了低熱硅酸鹽水泥穩(wěn)定制備技術(shù)，研制出了大壩“退燒藥”。其研究成果被應(yīng)用于三峽、烏東德、白鶴灘等數(shù)十個超大型水電工程，為確保國內(nèi)大型水電工程建設(shè)質(zhì)量起到重要作用，產(chǎn)生了顯著經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。
引 言 01
第一講 低熱硅酸鹽水泥的基本概況 03
一、基本技術(shù)指標(biāo) 05
二、性能特點 08
第二講 礦物組成優(yōu)化設(shè)計 11
一、硅酸鹽礦物 12
二、熔劑礦物 15
第三講 硅酸二鈣活化技術(shù) 19
一、離子單摻對熟料的影響 22
二、離子多摻對熟料的影響 26
第四講 微膨脹低熱硅酸鹽水泥調(diào)控技術(shù) 29
一、方鎂石含量測定方法 31
二、方鎂石含量的調(diào)控 33
三、調(diào)控方鎂石的煅燒工藝 34
四、微膨脹低熱硅酸鹽水泥的膨脹性能 36
第五講 低熱硅酸鹽水泥的工業(yè)化制備工藝參數(shù)優(yōu)化 37
一、生料投料量 38
二、入窯分解率 39
三、燒成帶溫度 41
四、冷卻機(jī)篦速與風(fēng)量風(fēng)壓 42
五、風(fēng)、煤、料的匹配關(guān)系 43
六、窯、爐用煤的比例 44
七、窯速 45
第六講 低熱硅酸鹽水泥混凝土應(yīng)用技術(shù) 47
一、水利工程中的低熱硅酸鹽水泥混凝土 50
二、抗裂混凝土 55
后 記 59
第一講
低熱硅酸鹽水泥的
基本概況
低熱硅酸鹽水泥，簡稱低熱水泥，是一種以硅酸二鈣（C2S，貝利特）為主導(dǎo)礦物的水泥，在國內(nèi)最早由中國建筑材料科學(xué)研究總院于20世紀(jì)90年代成功研制，經(jīng)過多年的改良與升級，目前已經(jīng)形成了成熟的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與工程應(yīng)用技術(shù)。低熱硅酸鹽水泥的水化放熱量相較普通硅酸鹽水泥更低，能夠有效降低混凝土溫升，減少溫度裂縫，并且其優(yōu)良的耐久性能能夠有效保證混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命與工程質(zhì)量。由于性能優(yōu)良，低熱硅酸鹽水泥已在水利工程大壩、大型橋梁承臺等大體積混凝土結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在對抗裂要求較高的混凝土結(jié)構(gòu)中有著極大的應(yīng)用前景。近年來，低熱硅酸鹽水泥陸續(xù)在溪洛渡、烏東德、白鶴灘等水電站大量應(yīng)用，有效地解決了大壩建設(shè)過程中的溫度裂縫問題。
此外，低熱硅酸鹽水泥的主導(dǎo)礦物C2S的生成焓約為1350kJ/kg，與傳統(tǒng)水泥的主導(dǎo)礦物硅酸三鈣（C3S）相比，降低約25%，其熟料燒成溫度由1450℃降至1200~1350℃，因此生產(chǎn)過程中所需能耗低、碳排放量少。與普通硅酸鹽水泥相比，低熱硅酸鹽水泥在生產(chǎn)過程中的石灰石消耗量小，其熟料燒成溫度低50~100℃。通常造成土木工程能源消耗的主要來源有兩種——內(nèi)蘊(yùn)能量和運行能量，分別指建筑材料制造和建筑施工過程中消耗的能量，以及工程對象運作、維修及處置的能量。低熱硅酸鹽水泥較低的生產(chǎn)能耗和碳排放量以及優(yōu)良的耐久性能，能夠有效減少這兩大能源消耗。
一、基本技術(shù)指標(biāo)
低熱硅酸鹽水泥是在適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料中加入適量石膏而制成，其特征主要由礦物組成、水化熱性能、抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)決定。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均對低熱硅酸鹽水泥作了特殊性能要求，中國、美國、日本三國標(biāo)準(zhǔn)對低熱硅酸鹽水泥的組成及性能指標(biāo)要求分別見表1、表2。
表1 各國標(biāo)準(zhǔn)對低熱硅酸鹽水泥化學(xué)組成和礦物成分要求
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 類型 參數(shù)要求
C2S C3S C3A MgO SO3
GB/T 200—2017
（ 《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥》，此為中國標(biāo)準(zhǔn)） 低熱硅
酸鹽水泥 ≥40% — ≤6% ≤6% ≤3.5%
ASTM C150—2021
（《波特蘭水泥》，
此為美國標(biāo)準(zhǔn)） Ⅳ型 ≥40% ≤35% ≤7% ≤6% ≤2.3%
JIS R 5210—2014
（《波特蘭水泥》，
此為日本標(biāo)準(zhǔn)） 低熱硅
酸鹽水泥 ≥40% — ≤6% ≤5% ≤3.5%
注：ASTM C150—2021和JIS R 5210—2014均規(guī)定水泥化學(xué)成分和礦物組成要求；GB/T 200—2017規(guī)定熟料化學(xué)成分和礦物組成要求。
表2 各國標(biāo)準(zhǔn)對低熱硅酸鹽水泥水化熱性能及抗壓強(qiáng)度指標(biāo)要求
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 水化熱性能/（kJ/kg） 抗壓強(qiáng)度/MPa
3d 7d 28d 7d 28d 91d
GB/T 200—2017 ≤230 ≤260 — ≥13 ≥42.5 —
ASTM C150—2021 — ≤250 ≤290 ≥7 ≥17 —
JIS R 5210—2014 — ≤250 ≤290 ≥7 ≥22.5 ≥42.5
在礦物組成方面，C2S作為低熱硅酸鹽水泥的主導(dǎo)礦物，中、美、日三國標(biāo)準(zhǔn)都將其含量規(guī)定在40%以上，因為這不僅能夠保證較低的水化放熱量，也能保證后期強(qiáng)度的有效增長。C3S作為另一種關(guān)鍵的硅酸鹽礦物，通常在普通硅酸鹽水泥中的含量達(dá)到60%以上，但在低熱硅酸鹽水泥中，需要控制其含量，以減少水化放熱量。盡管我國標(biāo)準(zhǔn)與日本標(biāo)準(zhǔn)并未對C3S的含量提出要求，但在實際生產(chǎn)中，通常其含量應(yīng)控制在35%以下。鋁酸三鈣（C3A）是水泥水化過程中放熱量最大的礦物，其放熱量是C2S的4倍、C3S的3倍，因此其含量必須嚴(yán)格控制。中、美、日三國標(biāo)準(zhǔn)都未對鐵鋁酸四鈣（C4AF）的含量作出明確要求，在實際生產(chǎn)中，其含量通�？刂圃�12%以上，這樣能在一定程度上提升水泥的抗裂性能，因此鐵相含量高也是低熱硅酸鹽水泥礦物組成的一大特征。近年，中國建筑材料科學(xué)研究總院還研制出了高鎂低熱硅酸鹽水泥，通過引入4%~6%的膨脹組分氧化鎂（MgO），使MgO在水泥體系中發(fā)生延遲性體積膨脹，提高水泥的抗裂性能。
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