CN104129932B

CN104129932B - 一种高强中热核电工程专用水泥及其制备方法

Info

Publication number: CN104129932B
Application number: CN201410322818.5A
Authority: CN
Inventors: 姚燕; 王晶; 王敏; 文寨军; 高显束
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104129932A

Abstract

本发明公开了一种水泥熟料，由该水泥熟料制得的高强中热核电工程专用水泥，该水泥的制备方法以及使用该水泥得到的高强中热核电工程专用混凝土。该水泥熟料配比特殊，由该水泥熟料制得的水泥具有以下性能：28天抗压强度≥50MPa，3天水化热≤245kJ/kg，7天水化热≤285kJ/kg，28天干缩率≤0.10％。用这种水泥配制的混凝土具有水化放热低、强度高、耐久性好等特点，并且可减少混凝土裂缝，比通用的硅酸盐水泥更有利于实现核电工程混凝土的体积稳定性和安全性，满足了核电混凝土的多种严格要求。

Description

一种高强中热核电工程专用水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种高强中热核电工程专用水泥及其制备方法。

背景技术

基于当今世界越来越重视温室气体排放、气候变暖，积极推进核能发电是我国能源建设的一项重要政策，核能发电具有污染物质排放量少，属于清洁能源；不会产生加重地球温室效应的二氧化碳；核燃料能量密度高、体积小，运输与储存都很方便；核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，不易受到国际经济形势影响，故发电成本较其它发电成本低。随着核电建设对安全性和耐久性的需求，以及对核电建设发展进程的需要，现代核电建设迫切需要一种核电专用水泥。

核电专用水泥主要运用于建设核电站，是集中热水泥、普通水泥的特性为一体的全新水泥品种，具有低水化热、高强度、干缩性小等特性。因此，核电水泥不但要满足中热水泥的水化热标准，而且还要满足道路水泥的干缩率要求和普通硅酸盐水泥的强度要求，以及工程本身所要求的特殊要求，要同时满足多品种水泥不同的技术指标要求，指标范围窄，生产难度大。

目前核电专用水泥为硅酸盐水泥系列，包括普通硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥。但普通硅酸盐水泥用于核电工程混凝土时，强度虽能够满足要求，但由于水化放热高和干缩率高等因素，易导致混凝土开裂；中热硅酸盐水泥用于核电工程混凝土时，虽水化热和干缩率能满足要求，但强度不够。因此，这两种核电专用水泥用于核电工程混凝土时，都不能满足核电工程混凝土的体积稳定性和安全性要求。另外，核电工程混凝土对水泥用量也有严格的要求，即在水泥用量受限的条件下需要提高水泥强度来保障混凝土的强度等级，而现有的水泥达不到此要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种水化放热和干缩率低的高强中热核电工程专用水泥熟料，按质量百分含量，由以70-80％石灰石、10-20％粘土、2％铁矿石、4-8％硫酸渣及0-4％石英砂组成的生料原料制得。

所述水泥熟料，按质量百分含量，由以78％石灰石、12％粘土、2％铁矿石、6％硫酸渣及2％石英砂组成的生料原料制得。

所述生料中主要成分的含量为：按质量百分含量，氧化钙35.0-50.0％、二氧化硅10.0-17.0％、三氧化二铝1.0-5.0％和四氧化三铁2.0-7.0％。

所述生料中主要成分的含量为：按质量百分含量，氧化钙42.03-42.48％、二氧化硅14.90-15.27％、三氧化二铝2.80-3.06％和四氧化三铁3.14-3.23％。

所述熟料中主要成分的含量为：按质量百分含量，铝酸三钙≤7.0％、硅酸三钙≤57.0％、硅酸二钙15.0-45.0％和铁铝酸四钙8.0-20.0％；优选的，铝酸三钙1.0-7.0％、硅酸三钙44.0-57.0％、硅酸二钙15.0-45.0％和铁铝酸四钙8.0-20.0％；更优选，铝酸三钙3.20-4.01％、硅酸三钙44.92-54.95％、硅酸二钙23.28-32.16％和铁铝酸四钙14.47-14.81％。

本发明的另一个目的在于提供一种由这种专用水泥熟料制得的高强中热核电工程专用水泥，是由权利要求1-5任一水泥熟料加入缓凝剂制得的，其中按质量百分含量，水泥熟料为95％，缓凝剂为5％。

所述缓凝剂为二水石膏。

本发明还有一个目的在于提供这种专用水泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量百分含量，将70-80％石灰石、10-20％粘土、2％铁矿石、4-8％硫酸渣以及0-4％石英砂分别磨成粉末后，再混合均匀，得到水泥生料；

(2)将步骤(1)得到的水泥生料加入水泥窑进行煅烧，经煅烧得到水泥熟料；

(3)按质量百分含量，将步骤(2)得到的水泥熟料95％和二水石膏5％混合均匀后，磨至比表面积为300-320cm²/kg，即得到所述高强中热核电工程专用水泥。

所述制备方法，步骤(2)中水泥生料的煅烧过程参数在同样产量的现有水泥生料的煅烧生产过程参数的基础上，按水泥熟料产量500-10000吨/天，分别将以下参数进行调整：入窑投料量下调10％；分解炉温度下调20℃；降低分解率约3％；窑头用煤量提高约5％；窑尾用煤量降低约5％；窑速降低约10％；二次风温提高约20℃；C1出口温度提高约10℃；窑头压力降低约1Pa；烧成带提高约20℃。

本发明另有一个目的在于提供一种使用上述高强中热核电工程专用水泥得到的核电工程混凝土。

综上所述，本发明的优点是：

为了满足核电混凝土的多种严格要求，发明人调整了原油硅酸盐水泥中各组分的比例，并意外发现了一种特殊配比的能够专门用于高强中热核电工程的水泥熟料，由该水泥熟料制得的水泥具有以下性能：28天抗压强度≥50MPa，3d水化热≤245kJ/kg，7d水化热≤285kJ/kg，28天干缩率≤0.10％。用这种水泥配制的混凝土具有水化放热低、强度高、耐久性好等特点，并且可减少混凝土裂缝，比通用的硅酸盐水泥更有利于实现核电工程混凝土的体积稳定性和安全性。

具体实施方式

水泥熟料是以石灰石、粘土和铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料(主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁)，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。熟料中CaO、SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃不是以单独的氧化物存在的，而是两种或两种以上的氧化物经高温化学反应生成的多种矿物的集合体，主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。在水泥熟料中再加适量石膏共同磨细后，即成水泥。用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌得到混凝土，广泛应用于土木工程。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施例中所作的任何变动都将属于本发明权利要求书的范围内。

实施例

将各组分按表1中的重量配比制成本发明的水泥熟料和水泥。该水泥的制备方法，

包括以下步骤：

(1)按质量百分含量，将70-80％石灰石、10-20％粘土、2％铁矿石、4-8％硫酸渣以及0-4％石英砂分别磨成粉末后，再混合均匀，即得到水泥生料；

(3)按质量百分含量，将步骤(2)得到的水泥熟料95％和二水石膏5％混合均匀后，磨至比表面积为300-320cm²/kg，即得到所述高强中热核电工程专用水泥。其中，步骤(2)中水泥生料的煅烧过程参数在同样产量的现有水泥生料的煅烧生产过程参数的基础上，按水泥熟料产量500-10000吨/天，分别将以下参数进行调整：入窑投料量下调10％；分解炉温度下调20℃；降低分解率约3％；窑头用煤量提高约5％；窑尾用煤量降低约5％；窑速降低约10％；二次风温提高约20℃；C1出口温度提高约10℃；窑头压力降低约1Pa；烧成带提高约20℃。

表1本发明水泥熟料和水泥的原料配方表

实验例

1、实施例1-5所得水泥强度性能的测试

将实施例1-5所得水泥研磨至比表面积约为320m²/kg，进行水泥的物理性能测试(参照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法))，将3天、7天和28天的数据记录下来，结果见表2。

表2水泥强度性能测试结果

从表2的结果可见，实施例1-5所得水泥和普通硅酸盐水泥28天抗压强度均大于50MPa，说明实施例1-5所得水泥能够用于核电工程混凝土；而中热硅酸盐水泥28天抗压强度较低，未达到50MPa，验证了背景技术中提到的这种水泥的强度低，不能用于核电工程混凝土的结论。

2、实施例1-5所得水泥水化热的测试

将实施例1-5所得水泥研磨至比表面积约为320m²/kg，进行水泥的水化热性能测试(参照GB/T12959-2008水泥水化热测定方法)，将3天和7天的数据记录下来，结果见表3。

表3水泥水化热性能测试结果

由表3结果可见，实施例1-5所得水泥和中热硅酸盐水泥3天水化热均小于245kJ/kg、7天水化热均小于285kJ/kg；而普通硅酸盐水泥3天水化热却明显大于245kJ/kg、7天水化热明显大于285kJ/kg。表明普通硅酸盐水泥的水化热过高，不能用于核电工程混凝土；而实施例1-5所得水泥3天、7天水化热均能达到中热硅酸盐水泥的水平，能够用于核电工程混凝土。

3、实施例1-5所得水泥干缩性能的测试

将实施例1-5所得水泥研磨至比表面积约为320m²/kg，进行水泥的干缩率性能测试(参照JC/T603-2004水泥胶砂干缩试验方法)，将14天和28天的数据记录下来，结果见表4。

表4水泥干缩性能测试结果

表4中的测试结果表明，实施例1-5所得水泥与中热硅酸盐水泥的干缩率相当，并明显低于普通硅酸盐水泥的干缩率。实施例1-5所得水泥各龄期的干缩率为普通硅酸盐水泥的70％左右，这表明本发明提供的高强中热核电工程专用水泥与中热硅酸盐水泥具有同样优异的抗裂性能，并显著优于普通硅酸盐水泥的抗干缩性能。

综上所述，本发明提供的高强中热核电工程专用水泥同时具有强度高、水化热低、干缩率低的性能。这些性能分别能与普通硅酸盐水泥的强度、中热硅酸盐水泥的水化热和干缩率相当，同时满足了用于核电工程混凝土的水泥所需要具备的性能，进一步表明本发明提供的核电工程专用水泥的组分及各组分的含量并不是在现有技术的基础上简单地选择和调整，而是通过发明人对水泥的制备参数做出了创造性劳动后得到的，实验例证明本发明提供的水泥熟料、核电工程专用水泥的组分及各组分含量及其制备方法更加科学合理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种制备高强中热核电工程专用水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(3)按质量百分含量，将步骤(2)得到的水泥熟料95％和二水石膏5％混合均匀后，磨至比表面积为300-320cm²/kg，即得到所述高强中热核电工程专用水泥；

步骤(2)中水泥生料的煅烧过程参数在同样产量的现有水泥生料的煅烧生产过程参数的基础上，按水泥熟料产量500-10000吨/天，分别将以下参数进行调整：入窑投料量下调10％；分解炉温度下调20℃；降低分解率约3％；窑头用煤量提高约5％；窑尾用煤量降低约5％；窑速降低约10％；二次风温提高约20℃；C1出口温度提高约10℃；窑头压力降低约1Pa；烧成带提高约20℃。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)得到的水泥熟料按质量百分含量，由以78％石灰石、12％粘土、2％铁矿石、6％硫酸渣及2％石英砂组成的水泥生料原料制得。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中所述水泥生料中主要成分的含量为：按质量百分含量，氧化钙35.0-50.0％、二氧化硅10.0-17.0％、三氧化二铝1.0-5.0％和四氧化三铁2.0-7.0％。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述水泥生料中主要成分的含量为：按质量百分含量，氧化钙42.03-42.48％、二氧化硅14.90-15.27％、三氧化二铝2.80-3.06％和四氧化三铁3.14-3.23％。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述水泥熟料中主要成分的含量为：按质量百分含量，铝酸三钙≤7.0％、硅酸三钙≤57.0％、硅酸二钙15.0-45.0％和铁铝酸四钙8.0-20.0％。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述水泥熟料中主要成分的含量为：按质量百分含量，铝酸三钙1.0-7.0％、硅酸三钙44.0-57.0％、硅酸二钙15.0-45.0％和铁铝酸四钙8.0-20.0％。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述水泥熟料中主要成分的含量为：按质量百分含量，铝酸三钙3.20-4.01％、硅酸三钙44.92-54.95％、硅酸二钙23.28-32.16％和铁铝酸四钙14.47-14.81％。