吳偉偉 周 琨

（河南省豫鶴同力水泥有限公司，458000）

以C_2S為主要礦物組成的低碳水泥初探

吳偉偉 周 琨

（河南省豫鶴同力水泥有限公司，458000）

隨著低碳型水泥產(chǎn)品的不斷開發(fā)，國內(nèi)水泥行業(yè)目前在低碳型水泥方面更強調(diào)CaCO3含量較少且不會排放過多的CO2。盡管這種類型水泥如鋁酸鹽或硫鋁酸鹽等水泥具有低碳型特征，可進一步研究或擴大生產(chǎn)，但這些水泥在實際生產(chǎn)過程中也會消耗大量的鋁礬土，且從整體性能角度并不能完全取代硅酸鹽水泥。對此需注重改善低碳水泥的礦物組成部分，以C_2S為典型代表，能夠取得良好的應用效果。本文主要對主要熟料礦物主要為C2S的水泥基本概述、應用的優(yōu)勢以及熟料礦物為C2S水泥的合成方式進行探析。

C2S熟料礦物；低碳水泥；合成方式

前言：作為我國目前二氧化碳排放量較大的行業(yè)，水泥行業(yè)近年來發(fā)展過程中更注重落實我國當前推行的節(jié)能減排理念。盡管許多節(jié)能減排技術(shù)已逐漸投入水泥行業(yè)生產(chǎn)過程中，但其中仍存在一定的弊端如投入成本較多或節(jié)能減排效果不理想等。這就要求以低碳水泥為出發(fā)點，引入 C2S熟料在生產(chǎn)過程中，對于水泥行業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

一、熟料礦物以C2S為主的水泥基本概述

相比C3S，水泥行業(yè)生產(chǎn)中C2S的應用無需利用過多的CaCO3，且不會排放較多的CO2。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，以kg單位對其衡量，1kg的C2S僅排放約512g的CO2，C3S在生產(chǎn)過程中CO2排放達到579g，說明水泥生產(chǎn)中引入C2S作為主要熟料礦物能夠獲得良好的減排效果。而以我國目前水泥熟料年產(chǎn)量10億噸計算。CO2排放量每年可減少1900萬噸左右，所以應用C2S極為客觀。應用過程中，許多水泥廠商會顧慮到水泥強度是否會因 C3S的減少而受到影響，但事實上國內(nèi)外許多學者已對C2S性質(zhì)進行一定的實驗研究，在C2S中存有一定量的C3S，且具有較高的強度，將其置于溫度較低并利用NaF礦化劑證明C2S在早期活性方面也較高[1]。

二、低碳水泥生產(chǎn)中應用C2S作為熟料礦物的優(yōu)勢研究

(一)從高C2S水泥性能角度

近年來，國內(nèi)外許多學者在低能耗水泥研究方面逐漸深入，通過對高β-C2S水泥中的熟料礦物成分進行分析以證明其在性能方面的優(yōu)勢。根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，相比PC熟料，C3S含量在HBC熟料中極少，而且與硅酸鹽水泥比較，在早期強度方面，高C2S含量水泥盡管表現(xiàn)出一定的劣勢，但其仍可滿足52.5等級要求并在強度上為28d，在抗壓與抗拆強度方面都可與硅酸鹽水泥相媲美，且在應用約為三個月后便會超出硅酸鹽水泥許多。同時，分別從HBC與PC中取出一定C2S與C3S量，對其抗壓強度進行比較，可得出對于硅酸鹽水泥中較為固定的數(shù)量礦物成分，可進行一定的改變。但需注意C3S的含量在60%以上的情況下需保證燒成溫度至少為 1450℃，但水化性能會因此受到影響。而使水泥保持較高的 C2S含量既能改變這種燒成的溫度，也可使CO2排放量得以減少[2]。

（二）從高C2S水泥熟料性能角度

高C2S水泥熟料在性能上的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為水化熱較低。通過以往實驗表明，7d與3d在HBC中的水化熱表現(xiàn)為222kJ/kg與193kJ/kg，說明其在水化放熱水平方面與低熱礦渣水泥保持相當，而且相比硅酸鹽水泥，高 C2S水泥熟料在絕熱溫升方面也降低50%左右。也有實驗研究中對硅酸鹽水泥與高C2S水泥進行比較，在28d以內(nèi)的條件下，高C2S水泥熟料表現(xiàn)出的抗海水侵蝕性能較差，但在180d條件下，溶液Na2SO4中可發(fā)現(xiàn)高C2S熟料的耐腐蝕系數(shù)可達1以上，但普通硅酸鹽水泥僅為0.57[3]。

（三）從高C2S水泥混凝土角度

現(xiàn)階段水泥的應用大多集中在混凝土配置過程中，所以有學者對利用高 C2S水泥所配置的混凝土性能進行測試，并對比以硅酸鹽水泥為主的混凝土，發(fā)現(xiàn)相比PC混凝土，HBC混凝土的早其強度不具備明顯的優(yōu)勢，但在28d以后可發(fā)現(xiàn)比PC混凝土高出許多，且在抗拉能力以及抗拆能力方面，PC水泥混凝土都無法與其媲美。而其他混凝土性能如抗凍性能、干縮性或抗?jié)B性等也與PC混凝土保持接近甚至超出許多。另外，高 C2S熟料生產(chǎn)過程中應用的石灰石較少且燒成熱耗較低，不會排放過多的CO2。同時由于進行混凝土制備過程中，高C2S水泥熟料不會產(chǎn)生較多的水化放熱量，水化后不會產(chǎn)生較多的 Ca（OH）2，有利于提高混凝土耐久性能。因此，對于我國許多地區(qū)在石灰石品位不高的情況下，可充分利用這種礦物組成的方式，高C2S熟料的應用更能獲得較多的經(jīng)濟效益[4]。

三、C2S水泥合成的方式研究

近年來在水泥應用逐漸廣泛背景下，許多學者以水熱合成法為根據(jù)研究出低溫合成粉煤灰水泥的方式，是水泥制備中極為有效的方式。其應用的工藝流程中為在將適量水與石灰、粉煤灰混合并碾壓后使其成為磚型，然后將其置于蒸養(yǎng)釜中直到自然冷卻為止，此時需碾碎塊狀物體并在加熱爐中完成煅燒，最后在制冷后便可得到產(chǎn)品。但需注意在配比方面石灰與粉煤灰應保持在1：4，碾壓中需利用輥壓盤磨以此活化粉煤灰，而其中煅燒過程中的溫度應控制在700℃與800℃之間以保證礦物的膠凝性。另外，在冷卻過程中可利用空氣急冷的方式，使C2S熟料性能得以保證。這種低溫粉煤灰水泥應用的特征以及用途主要體現(xiàn)在以下兩方面。

（一）低溫粉煤灰水泥應用中的特性分析

這種水泥應用中的特性主要表現(xiàn)在：①凝膠時間與稠度較為合理。粉煤灰水泥在低溫合成過程中所占的比重僅為2.6，且碳的含量較少，要求水量需保證在40%以上。而其中的成分也保過C12A7，能夠快速凝結(jié)且可利用一定的措施對凝結(jié)的時間進行調(diào)節(jié)。②具備良好的耐凍性能。在耐凍性能方面，這種水泥較硅酸鹽水泥相比存在一定的劣勢，但接近于礦渣硅酸鹽水泥。③較高的強度。盡管這種水泥中存有一定量的C12A7以及β-C2S，但在強度方面仍具備一定的優(yōu)勢，若能夠激發(fā)未反應的A12O3以及SIO2等，可使強度方面得到大幅度的提高。④具有良好的抗腐蝕性。通過實驗數(shù)據(jù)表明，若將其置于飽和石膏溶液中，抗腐蝕的指數(shù)仍保持 1以上，主要原因在于C3A與C3S不存在水泥中，在抗化學腐蝕方面表現(xiàn)的性能尤為突出。⑤大氣穩(wěn)定性較差。因為這種水泥中的灰比以及水含量較高，且僅有11.0的漿體液相PH值，所以不具備較強的抗大氣穩(wěn)定性。

（二）低溫粉煤灰水泥應用的具體范圍

這種水泥的應用可概括為三方面：首先在地下工程中的應用，通過前文敘述可知這種水泥在抗腐蝕性以及抗?jié)B性等方面具備較強的優(yōu)勢，可在對強度要求較低的隧道或其他地下工程中廣泛應用。其次，巷道噴射水泥的制作過程中。因為這種水泥凝膠時間較快，可直接作為隧道噴射水泥，如淮南發(fā)電廠在井下巷道施工中便充分利用這種水泥。最后，配合硅酸鹽水泥應用。與硅酸鹽水泥共同應用的優(yōu)勢在于使早期強度得以提高，特別在早期抗拆強度方面表現(xiàn)的優(yōu)勢較為突出[3]。

結(jié)論：低碳水泥以C2S作為熟料礦物將成為未來水泥行業(yè)發(fā)展中的重要內(nèi)容。通過文中的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)充分說明，以C2S熟料礦物為主的水泥無論在自身性能或應用于混凝土配置中都具有極強的優(yōu)勢，而且低溫合成粉煤灰水泥的應用也充分證明C2S的活性特征。盡管以C2S熟料礦物為主的水泥具備一定的優(yōu)勢，但在應用中仍需不斷改進完善，保證其能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目標。

[1]楊南如. 以 C_2S為主要礦物組成的低碳水泥初探[J]. 水泥技術(shù),2010,10（04）:20-25.

[2]李保亮. 礦物組成對阿利特—硫鋁酸鹽水泥熟料煅燒及性能影響的研究[D].濟南大學,2011.

[3]栗潮. C_2S和中間相前導礦物對熟料中 C_3S形成動力學影響[D].鄭州大學,2010.

[4]裘國華. 煤矸石、尾礦代粘土匹配低品位石灰石煅燒水泥熟料試驗研究[D].浙江大學,2012.

[5]王衛(wèi)山. 早強礦物添加劑對混合材硅酸鹽水泥性能的影響[D].濟南大學,2013.

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1007-6344（2015）09-0006-01