水泥材料水化熱探究

張敬博 張軍宇 張文強(qiáng)

摘?要：水泥是日常生活中常見(jiàn)的材料之一，任何一個(gè)建筑都離不開(kāi)水泥的參與，在我國(guó)的工業(yè)中水泥材料的好壞是重中之重，才能夠決定建筑工程的質(zhì)量好壞。水泥和水反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生水化熱。在建筑使用水泥的過(guò)程中水化熱會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了一些不利影響，從而直接引發(fā)了一系列工程問(wèn)題。為了最大程度的減少水泥水化熱給環(huán)境和工程帶來(lái)的不良影響，我們必須從水泥本身的這種反應(yīng)入手，深入研究找到符合社會(huì)發(fā)展的新型水泥制備體系。下面的內(nèi)容主要是針對(duì)水泥水化熱現(xiàn)象的簡(jiǎn)單探究。

關(guān)鍵詞：水泥;水化熱;環(huán)境污染

水泥是一種水硬性膠凝材料，是工程建設(shè)中常用的建筑材料，對(duì)于國(guó)家工業(yè)發(fā)展起著重要的作用。水泥和水發(fā)生反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生水化熱，水泥的水化放熱會(huì)帶走大量能量，也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成一定影響。對(duì)于現(xiàn)在的社會(huì)環(huán)境來(lái)說(shuō)，使用節(jié)約并且有利于社會(huì)發(fā)展的建筑材料是我國(guó)乃至全世界都重點(diǎn)關(guān)注的話題。

1 水泥材料水化熱概念

提到水泥的水化放熱，這是建筑工程中遇到的難題，無(wú)論是大型工程建設(shè)還是小型建筑中，水泥都是必不可少的建筑材料。但在使用水泥材料時(shí)因?yàn)樗嗟乃艧?，人們需要解決的問(wèn)題有很多。

2 水泥水化熱的兩種測(cè)定方法

為了更加深入的了解水泥水化熱，我們需要對(duì)水化熱進(jìn)行測(cè)量。水泥的熱測(cè)定方法有很多，其中最常見(jiàn)的是直接法和溶解法，這兩種方法最簡(jiǎn)便，相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較準(zhǔn)確。

直接法較為簡(jiǎn)單，需要用到的工具有溫度計(jì)、恒溫水槽、攪拌器和用來(lái)固定溫度計(jì)所用的支架和夾具等。這一實(shí)驗(yàn)需要仔細(xì)的稱量和精細(xì)的計(jì)算，先將所需材料倒入拌合鍋攪拌，然后再將其移入用濕布擦拭過(guò)的拌和鍋內(nèi)進(jìn)行濕拌，準(zhǔn)備工作做好之后將溫度計(jì)按照正確的方法插入，這一步一定要按照規(guī)定，嚴(yán)格操作。最后根據(jù)一定的相隔時(shí)間記錄溫度計(jì)溫度的變化，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算測(cè)量結(jié)果。這種方法用到的器具常見(jiàn)，操作方便，但在計(jì)算和操作上可能存在的誤差相對(duì)較大一些。

另外一種方法是溶解熱法，這種方法是根據(jù)中學(xué)課本中就會(huì)學(xué)到的熱化學(xué)的蓋斯定律。具體的試驗(yàn)就是在溫度條件一定的溫度計(jì)周圍，將已經(jīng)水化一定時(shí)間的水泥和從未發(fā)生水化的水泥同時(shí)放在相同的一定濃度的硫酸液體中，將二者所放出的水化熱做準(zhǔn)確記錄，計(jì)算出溶解熱的差值，就測(cè)出了水泥在一定的期齡內(nèi)所放出來(lái)的水化熱。

以上兩種方法在操作準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上都可以較為準(zhǔn)確的測(cè)量出水泥的水化熱。

3 水化熱對(duì)環(huán)境的影響

我國(guó)每年都會(huì)大量生產(chǎn)水泥，將水泥業(yè)作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，但隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，水泥業(yè)的弊端逐漸展現(xiàn)出來(lái)，在水泥的生產(chǎn)中會(huì)不可避免的產(chǎn)生廢渣，并且每年都有大量的水泥制造業(yè)水泥的水化熱不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。為了保護(hù)環(huán)境并且節(jié)約能源，保持可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，世界各國(guó)的水泥學(xué)者對(duì)比展開(kāi)了調(diào)查和研究，將研究得到的大量成果運(yùn)用于水泥和混凝土的生產(chǎn)中，達(dá)到了變廢為寶、節(jié)約能源的目的。隨著水泥產(chǎn)生水化熱問(wèn)題被提出，到目前為止，通過(guò)不斷的努力，終于形成了一系列相對(duì)成熟的水泥綜合利用體系，在現(xiàn)在的水泥的制造和使用過(guò)程已經(jīng)在合理運(yùn)用這一體系。水泥業(yè)水化熱的問(wèn)題暫時(shí)得到有了一定的改進(jìn)成效，但目前我國(guó)水泥業(yè)的發(fā)展依舊存在很多大大小小的問(wèn)題，尤其是因?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)問(wèn)題而導(dǎo)致環(huán)境污染和能源的損失大等問(wèn)題。

4 以節(jié)能為中心低鈣水泥熟料體系的研究和開(kāi)發(fā)

節(jié)能環(huán)保是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中遇到的大問(wèn)題，也是工業(yè)生產(chǎn)必須遵守的原則。由于水泥熱化會(huì)散發(fā)出大量熱量，從而帶走一部分能量，所以在水泥生產(chǎn)和使用過(guò)程中，最大的問(wèn)題就是減少熱量的損失。從源頭出發(fā)，能夠更好的解決環(huán)保問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)節(jié)能的有效技術(shù)途徑。就是要求從開(kāi)發(fā)礦物質(zhì)時(shí)入手，即爭(zhēng)取開(kāi)發(fā)節(jié)能型礦物體系，讓礦物或者礦物質(zhì)的燒成溫度盡量降低，并且易磨性能較好。要達(dá)到這種效果就需要降低生料石灰石的用量，即增加體系中其他用料的量來(lái)彌補(bǔ)石灰石用量，這樣就能有效降低熟料燒成的溫度，從而降低能量的損失。目前，我國(guó)乃至在研究水泥低能耗、節(jié)能環(huán)保的問(wèn)題上取得了進(jìn)展，先后開(kāi)發(fā)出了硅酸鹽體系等節(jié)能礦物體系。國(guó)內(nèi)外一直將這一開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)，研制出高貝利特水泥，并將此作為重點(diǎn)研究對(duì)象，這一項(xiàng)目也成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外水泥基材料研究上的又一大重要突破。這一水泥的熟料礦物質(zhì)與通用硅酸鹽水泥并無(wú)差異，只是二者的主要使用礦物質(zhì)不同。高貝利特水泥主要礦物質(zhì)是硅酸二鈣，含量幾乎在一半左右。這一研究的成功主要是在制備過(guò)程中解決了硅酸二鈣礦物高活性和常溫下穩(wěn)定存在的兩個(gè)難題，并且水泥主要體系問(wèn)題也得到了解決，更加符合生產(chǎn)要求，減小了復(fù)雜性。將硅酸二鈣作為主要礦物，制造低熱硅酸鹽水泥的過(guò)程具有低能源消耗、低環(huán)境負(fù)荷并且生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，燒成溫度也比普通的硅酸鹽水泥低，燒成過(guò)程大氣污染物排放量少，達(dá)到了環(huán)境友好的目的，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是低熱硅酸鹽水泥的主要成分是硅酸二鈣，這種水泥在抵抗硫酸腐蝕方面具有更高的性能，耐磨性好，更好的滿足高性能混凝土的技術(shù)要求，適用于多種高性能混凝土的制備。

5 結(jié)論

我國(guó)是一個(gè)生產(chǎn)水泥的大國(guó)，水泥業(yè)作為我國(guó)的產(chǎn)業(yè)支柱之一正在朝著更好的方向發(fā)展的同時(shí)也存在不足。水泥在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)放出熱量，影響施工周圍的環(huán)境，給施工帶來(lái)影響和阻礙，所以在水泥的使用時(shí)一定要更加注意水泥水化這一特點(diǎn)，利用新型技術(shù)最大程度減少熱量的排放和損失，使水泥水化熱對(duì)工程的負(fù)面影響降到最低，保證工程的正常施工和使用。環(huán)境的保護(hù)也是我國(guó)近年來(lái)面臨的問(wèn)題，所以從環(huán)境保護(hù)方面來(lái)看，水泥的加工更要減少水化熱的產(chǎn)生，這一反應(yīng)不僅造成資源浪費(fèi)也會(huì)加重環(huán)境污染問(wèn)題。在水泥的加工過(guò)程中對(duì)產(chǎn)生的廢料和需要排放的材料也需要符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。這樣才能在減小水泥水化熱的同時(shí)達(dá)到環(huán)境的保護(hù)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣春祥，胡曉東，潘榮生.粉煤灰和礦粉對(duì)水泥水化熱的影響研究[J].水利建設(shè)與管理，2004，07.

[2]張崗，賀拴海，宋一凡.混凝土箱梁水化熱溫度損傷安全評(píng)價(jià)模型研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，04.

項(xiàng)目來(lái)源：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目：地鐵盾構(gòu)施工中地面變形監(jiān)測(cè)分析與施工控制措施究（項(xiàng)目編號(hào)A2017036）

作者簡(jiǎn)介：張敬博（1984-），男，碩士研究生，講師，研究方向：水利水電工程。