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（整期优先）网络出版时间：2020-10-15

作者: 程启翱

建筑科学 >市政工程

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低热熟料和低热水泥的开发

程启翱

富蕴天山水泥有限责任公司 , 新疆 836100

摘　要:公司有一条2500吨/天带低温余热发电新型干法水泥水泥回转窑，和两台带球破磨3213水泥磨。地处新疆阿勒泰地区阿勒泰山脉北麓，水利资源丰富，但因受地理环境影响，同时工程在5A级景区“喀纳斯”附近、在布尔津河上游修建混凝土拱坝最为合理，对环境破坏最小。对于大体积混凝土施工低热水泥是首选，现将低热水泥生产过程总结及遇到的问题介绍如下，供同仁参考。

关键词: 低热水化热回转窑比表面积

1前言：

4.0×60带低温余热发电新型干法水泥水泥回转窑，是2010年建厂，后期在对分解炉缩口和篦冷机进行改造后，理顺了整个回转窑的工艺系统，把前期影响回转窑热工制度的瓶颈问题都加以解决，而后通过优化工艺操作参数，提高回转窑的运转率，稳定煅烧，为生产低热熟料打下坚实的基础。

2.普通水泥、中热水泥、低热水泥比较几种水泥性能的比较

水化热、低绝热温升

几种水泥水化热对比（实测）

水泥品种	水化热 KJ/Kg
水泥品种	3天	7天
低热硅酸盐水泥	213	246
普通水泥42.5	270	330
中热硅酸盐水泥	245	285

低热水泥预拌混凝土的绝热温升大大低于中热水泥和普通水泥预拌混凝土绝热温升，下降的幅度在5～10℃，这对大体积混凝土温度的降低有利，温度的降低混凝土裂缝是非常有利的。

（2）抗干缩性能

低热水泥因控制水泥比表面积较低，水泥标准用水泥也较低，水泥水化后，水泥浆体中小孔含量较少，内部结构致密，体现出良好的抗混凝土干缩性能，各龄期的干缩率为普通硅酸盐水泥的50-70%。

（3）超强的抗硫酸盐侵蚀能力

低热水泥在水泥熟料配料设计中熟料的矿物组成严格进行控制，高铁配料是熟料中的C3A含量小于3%，C3S小于40%，这样的水泥混凝土在3% Na₂SO₄溶液中养护6个月的抗侵蚀系数高达0.97以上，抗硫酸盐性比普通硅酸盐水泥成倍下降，这说明低低热硅酸水泥与普通硅酸盐水泥相比，具有良好的耐蚀性能，尤以抗硫酸盐侵蚀为佳。

（4）优异的抗冲耐磨性能

由于低热水泥熟料采取的是高铁配两方案，低热水泥的密度较普通水泥密度大，C4AF含量高，单位体积混凝土更加密实，在相同的混凝土配合比情况下，低热水

泥、普通水泥、中热水泥三种水泥的耐磨性试验结果如表所示。

不同水泥的磨损试验结果:

水泥品种	28d单位面积磨损量(kg/m²)	90d单位面积磨损量(kg/m²)	180d单位面积磨损量(kg/m²)	360单位面积磨损量(kg/m²)
低热水泥	4.11	3.47	3.15	2.03
普通水泥	4.01	3.82	3.52	3.25
中热水泥	4.32	3.63	3.32	3.08

3.低热水泥生料和熟料的煅烧

3.1低热熟料生料原材料的选用：

因为低热水泥熟料需要严格控制熟料中的C2S和C3A的含量。按照硅酸盐类水泥的矿物组成机理，熟料中的硅酸盐矿物是基础，是骨架。所以在配料原材料的选用上，要充分考虑SiO₂ 、K₂O和Na₂O 的含量，才能保证熟料中硅酸盐矿物的总含量大于75%。白砂岩选取的是附近选矿厂的选矿废料，粘土是本公司自有矿上选取的灰色粘土，SiO₂含量在70%以上_，R2O在0.25%以下。

物料	LOI	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
石灰石	39.07	4.71	2.21	0.60	48.90	0.75	0.3	0.15
白砂岩	0.21	96.06	0.92	0.48	0.59	2.29	0.05	0.06
粘土	5.61	70.43	13.10	3.88	0.88	1.07	0.12	0.10
銅渣	-6.67	37.02	3.19	54.02	2.37	6.62	0.33	0.25

低热生料配料方案的设计：

率值	KH	SM	AM	LSF	C₃S+C₂S	C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF
生料率值	0.791	2.50	0.81	0.84	77.36	35.08	42.28	2.02	15.99
熟料率值	0.796	2.55	0.78	0.826	L_1400℃	23.73%	L_1450℃	24.20%

根据配料方案的设计，按照熟料矿物组成预测水泥熟料水化热为， 3天：198 KJ/Kg 7天238 KJ/Kg 28天276 KJ/Kg

3.2 低热水泥生料的生产：按照低热水泥生料的设计，严格按照均化要求进行物料入库前的准备，对于准备储存白砂岩的配料库进行一次洗库，减少物料污染对生料成分的影响。使用两种硅质材料主要指充分利用粘土化合SiO₂改善低热水泥熟料的易烧性。

物料名称	石灰石	白砂岩	铜渣	粘土
配比%	82.94	5.33	5.34	6.39
控制指标：	生料出磨钙：42.00±0.3
	生料出磨铁：3.30±0.20
	生料出细度：≤14.0%
	出窑熟料f-Ca0:≤1.0%

3.3低热水泥熟料的煅烧：

低热水泥生料控制低饱和比和低铝率，为能够指标符合要求的熟料。在熟料煅烧过程中生料的预烧必须要充分，分解率要求大于95%，在烧成带要求煅烧温度较烧通用熟料控制的温度要低，燃烧器的火焰形状要顺长，不能顶火硬烧，

2017年共计烧制低热熟料两次，5天时间，分别为2017年6月12日至6月14日，2017年7月1日至7月2日。

以下为两次低热熟料的相关数据：

编号	SiO2	AL2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	碱含量	总和	f-CaO	KH	KH-	N	P	C3S	C2S	C3A	C4AF
S0612	25.58	4.35	5.1	61.03	1.75	0.3	0.6	98.51	0.28	0.728	0.72	2.77	0.81	16.9	60.8	2.21	14.9
	比表面积％	细度％	标准稠度	凝结时间		安定性	抗折		抗压
	比表面积％	细度％	标准稠度	初凝	终凝	安定性	3天	28天	3天	28天
	340	2	25	208	248	合格	4.7	7.6	20	47
编号	SiO2	AL2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	碱含量	总和	f-CaO	KH	KH-	N	P	C3S	C2S	C3A	C4AF
S0613	23.91	4.2	5.14	63.47	1.69	0.36	0.5	99.27	0.28	0.818	0.81	2.56	0.82	39.9	38.5	2.41	15.6
	比表面积％	细度％	标准稠度	凝结时间		安定性	抗折		抗压
	比表面积％	细度％	标准稠度	初凝	终凝	安定性	3天	28天	3天	28天
	355	2	25.4	179	234	合格	4.2	7.4	21.6	45.9
编号	SiO2	AL2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	碱含量	总和	f-CaO	KH	KH-	N	P	C3S	C2S	C3A	C4AF
S0614	22.35	3.97	5.26	61.61	1.69	2.6	0.5	98.61	0.33	0.847	0.85	2.42	0.75	39.3	34.7	1.59	16
	比表面积％	细度％	标准稠度	凝结时间		安定性	抗折		抗压
	比表面积％	细度％	标准稠度	初凝	终凝	安定性	3天	28天	3天	28天
	339	2.1	29	217	272	合格	3.4	7.8	16.7	45.6
编号	SiO2	AL2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	碱含量	总和	f-CaO	KH	KH-	N	P	C3S	C2S	C3A	C4AF
S0701	24.06	4.42	5.73	62.17	1.99	0.81	0.43	99.18	0.23	0.785	0.78	2.37	0.77	33	40.6	1.99	17.4
	比表面积％	细度％	标准稠度	凝结时间		安定性	抗折		抗压
	比表面积％	细度％	标准稠度	初凝	终凝	安定性	3天	28天	3天	28天
	358	2.5	24.5	86	145	合格	4	7.5	15	45.9
编号	SiO2	AL2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	碱含量	总和	f-CaO	KH	KH-	N	P	C3S	C2S	C3A	C4AF
S0702	24.98	3.05	5.14	63.65	1.69	0.62	0.4	99.13	0.33	0.812	0.81	3.05	0.59	40	41.7	0.64	15.6
	比表面积％	细度％	标准稠度	凝结时间		安定性	抗折		抗压
	比表面积％	细度％	标准稠度	初凝	终凝	安定性	3天	28天	3天	28天
	341	2	23.5	154	199	合格	4.3	7.6	16.3	46.2

日期	项目	生产量	合格	不合格	C3S	C2S	C3A	C4AF	3天水化热	7天水化热	比表面积	稠度
6月18日	出磨水泥	800吨	21吨	779吨	38.1	34.68	1.59	15.99	221	258	339	29
					初凝	终凝	3天折	7天折	28天折	3天压	7天压	28天压
					217	272	3.5	5.3	7.4	16.7	24.2	56.4

7月3日	出磨水泥	400吨	21吨	379吨	29.65	43.6	4.03	14.53	188	236	312	27

					157	207	2.6	3.3	7.2	10.1	14.8	42.7

7月26日	出磨水泥	160吨	60吨	100吨	35.01	39.29	3.21	14.53	195	251	318	25.2



7月27日	出磨水泥	600吨	600吨		46.63	27.68	4.21	12.71	210	255	325	25.1

					153	214	4.0	5.0	7.8	16.0	24.0	50.2

		编号	日发量		C3S	C2S	C3A	C4AF	3天水化热	7天水化热	比表面积	稠度
8月7日	出厂水泥	BE71501	277.38		40.94	33.55	1.8	17.18	223	252	323	24.7
					初凝	终凝	3天折	7天折	28天折	3天压	7天压	28天压
					123	207	4.2	5.3	8.1	17.4	26.9	53.9

8月16日	出厂水泥	BE71502	262.98		37.6	36.68	3.84	14.26	219	257	320	24.7

					128	181	4.3	5.6	8.0	18.8	26.8	52.8

烧制低热熟料生料控制指标及原物料配比：

2017年烧制低热熟料共计8813吨，不合格低热熟料6813吨，其中合格低热熟料2000吨，合格低热熟料占总熟料吨位数的22%。

经过2016年2次熟料煅烧的经验总结，使 2017年2次熟料煅烧有了明显的改观。也为后期低热熟料的烧制奠定更好的基础。

2017年低热水泥的磨制共计生产3次分别是:6月18日，6月30日、7月3日共计生产时间60小时取样60吨（还剩30吨），出厂540吨，库存目前还有100吨。

出磨水泥的控制指标：三氧化硫：2.60±0.20%

比表面积：330±15m²/kg

5.科研机构的检测和低热水泥的使用

公司对先后两批生产的低热水泥和新疆农业大学水利水电设计研究所高性能混凝土实验室进行结果验证。同时与新疆农业大学水利水电设计研究所合作，在新疆哈密市巴木墩水库用于水库挡水坝工程取得良好效果，同时也是在新疆首次以低热水泥施工的水利工程项目。

6.结束语

低热水泥的研制开发填补了自治区低热水泥的的空白，为

水泥水化热检测报告

工程名称

哈密巴木墩

报告编号

工程部位

试验编号

委托单位

委托日期

2017-7-23

委托人

试验日期

2017-7-23

检测单位

新疆农业大学水利水电设计研究所高性能混凝土实验室

电话

0991-8762808

检测项目

布尔津天山低热水泥水化热

检测依据

GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》

砂浆试配中各胶凝材料、标准砂及水用量（g）

试样编号

水泥

粉煤灰

矿粉

膨胀剂

标准砂

水

PC-1/PC-2

450

1350

144.9

直接法测定中标定热量计热容量所得基本参数

试样编号

水泥净浆标准稠度P（%）

试验用水泥质量G(g)

试验中用水量M1（g）

PC-1/ PC-2

27.2

185

试样编号

热容C (J/℃)

散热常数K（J/（h·℃））

总热容量Cp(J/℃)

PC-1

274.8

160.7

1146.0

PC-2

302.3

161.0

1173.5

试样2水化历程

PC-1水化历程						PC-2水化历程
时间t(h)	温度T(℃)	水化热qx(J/g)	时间t(h)	温度T(℃)	水化热qx(J/g)	时间t(h)	温度T(℃)	水化热qx(J/g)	时间t(h)	温度T(℃)	水化热qx(J/g)
0	22.7	0	88	20.8	225	0	22.3	0	88	20.7	227
4	23.0	12	92	20.7	227	4	22.8	21	92	20.7	229
8	25.3	40	96	20.7	229	8	25.2	49	96	20.6	231
12	29.3	91	100	20.7	232	12	29.2	100	100	20.6	233
16	30.1	129	104	20.7	234	16	30.0	140	104	20.6	235
20	27.8	146	108	20.6	236	20	27.9	158	108	20.6	237
24	25.8	157	112	20.6	238	24	25.7	167	112	20.6	239
28	24.3	166	116	20.6	240	28	24.2	175	116	20.5	241
32	23.2	172	120	20.6	242	32	23.2	181	120	20.5	242
36	22.6	178	124	20.5	243	36	22.5	187	124	20.5	244
40	22.1	183	128	20.4	244	40	22.0	191	128	20.5	246
44	21.8	188	132	20.4	246	44	21.6	195	132	20.4	247
48	21.6	193	136	20.3	246	48	21.4	199	136	20.4	248
52	21.4	197	140	20.3	247	52	21.2	202	140	20.4	250
56	21.3	201	144	20.3	248	56	21.1	205	144	20.4	251
60	21.2	205	148	20.3	250	60	21.0	208	148	20.4	253
64	21.1	208	152	20.3	251	64	21.0	212	152	20.3	253
68	21.0	211	156	20.2	251	68	21.0	215	156	20.3	254
72	20.9	214	160	20.2	252	72	20.9	218	160	20.3	255
76	20.9	217	164	20.2	252	76	20.8	220	164	20.3	257
80	20.9	220	168	20.2	253	80	20.7	222	168	20.2	257
84	20.8	222				84	20.7	225