水泥材料水化熱探究

張敬博 張軍宇 張文強

摘?要：水泥是日常生活中常見的材料之一，任何一個建筑都離不開水泥的參與，在我國的工業中水泥材料的好壞是重中之重，才能夠決定建筑工程的質量好壞。水泥和水反應會產生水化熱。在建筑使用水泥的過程中水化熱會對周圍環境產生了一些不利影響，從而直接引發了一系列工程問題。為了最大程度的減少水泥水化熱給環境和工程帶來的不良影響，我們必須從水泥本身的這種反應入手，深入研究找到符合社會發展的新型水泥制備體系。下面的內容主要是針對水泥水化熱現象的簡單探究。

關鍵詞：水泥;水化熱;環境污染

水泥是一種水硬性膠凝材料，是工程建設中常用的建筑材料，對于國家工業發展起著重要的作用。水泥和水發生反應，會產生水化熱，水泥的水化放熱會帶走大量能量，也會對周圍環境造成一定影響。對于現在的社會環境來說，使用節約并且有利于社會發展的建筑材料是我國乃至全世界都重點關注的話題。

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，無論是大型工程建設還是小型建筑中，水泥都是必不可少的建筑材料。但在使用水泥材料時因為水泥的水化放熱，人們需要解決的問題有很多。

2 水泥水化熱的兩種測定方法

為了更加深入的了解水泥水化熱，我們需要對水化熱進行測量。水泥的熱測定方法有很多，其中最常見的是直接法和溶解法，這兩種方法最簡便，相對來說也比較準確。

直接法較為簡單，需要用到的工具有溫度計、恒溫水槽、攪拌器和用來固定溫度計所用的支架和夾具等。這一實驗需要仔細的稱量和精細的計算，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的拌和鍋內進行濕拌，準備工作做好之后將溫度計按照正確的方法插入，這一步一定要按照規定，嚴格操作。最后根據一定的相隔時間記錄溫度計溫度的變化，待實驗結束后計算測量結果。這種方法用到的器具常見，操作方便，但在計算和操作上可能存在的誤差相對較大一些。

另外一種方法是溶解熱法，這種方法是根據中學課本中就會學到的熱化學的蓋斯定律。具體的試驗就是在溫度條件一定的溫度計周圍，將已經水化一定時間的水泥和從未發生水化的水泥同時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確記錄，計算出溶解熱的差值，就測出了水泥在一定的期齡內所放出來的水化熱。

以上兩種方法在操作準確的基礎上都可以較為準確的測量出水泥的水化熱。

3 水化熱對環境的影響

我國每年都會大量生產水泥，將水泥業作為國家經濟發展的重要產業，但隨著經濟全球化的發展和工業化進程的不斷加快，水泥業的弊端逐漸展現出來，在水泥的生產中會不可避免的產生廢渣，并且每年都有大量的水泥制造業水泥的水化熱不僅會造成資源的浪費，也會對環境造成一定的污染。為了保護環境并且節約能源，保持可持續發展的戰略，世界各國的水泥學者對比展開了調查和研究，將研究得到的大量成果運用于水泥和混凝土的生產中，達到了變廢為寶、節約能源的目的。隨著水泥產生水化熱問題被提出，到目前為止，通過不斷的努力，終于形成了一系列相對成熟的水泥綜合利用體系，在現在的水泥的制造和使用過程已經在合理運用這一體系。水泥業水化熱的問題暫時得到有了一定的改進成效，但目前我國水泥業的發展依舊存在很多大大小小的問題，尤其是因為產品質量和技術問題而導致環境污染和能源的損失大等問題。

4 以節能為中心低鈣水泥熟料體系的研究和開發

節能環保是我國工業生產中遇到的大問題，也是工業生產必須遵守的原則。由于水泥熱化會散發出大量熱量，從而帶走一部分能量，所以在水泥生產和使用過程中，最大的問題就是減少熱量的損失。從源頭出發，能夠更好的解決環保問題，也是實現水泥工業節能的有效技術途徑。就是要求從開發礦物質時入手，即爭取開發節能型礦物體系，讓礦物或者礦物質的燒成溫度盡量降低，并且易磨性能較好。要達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彌補石灰石用量，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，我國乃至在研究水泥低能耗、節能環保的問題上取得了進展，先后開發出了硅酸鹽體系等節能礦物體系。國內外一直將這一開發作為重點，研制出高貝利特水泥，并將此作為重點研究對象，這一項目也成為近年來國內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與通用硅酸鹽水泥并無差異，只是二者的主要使用礦物質不同。高貝利特水泥主要礦物質是硅酸二鈣，含量幾乎在一半左右。這一研究的成功主要是在制備過程中解決了硅酸二鈣礦物高活性和常溫下穩定存在的兩個難題，并且水泥主要體系問題也得到了解決，更加符合生產要求，減小了復雜性。將硅酸二鈣作為主要礦物，制造低熱硅酸鹽水泥的過程具有低能源消耗、低環境負荷并且生產成本較低等優點，燒成溫度也比普通的硅酸鹽水泥低，燒成過程大氣污染物排放量少，達到了環境友好的目的，另一個優點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要求，適用于多種高性能混凝土的制備。

5 結論

我國是一個生產水泥的大國，水泥業作為我國的產業支柱之一正在朝著更好的方向發展的同時也存在不足。水泥在使用過程中會發生水化反應放出熱量，影響施工周圍的環境，給施工帶來影響和阻礙，所以在水泥的使用時一定要更加注意水泥水化這一特點，利用新型技術最大程度減少熱量的排放和損失，使水泥水化熱對工程的負面影響降到最低，保證工程的正常施工和使用。環境的保護也是我國近年來面臨的問題，所以從環境保護方面來看，水泥的加工更要減少水化熱的產生，這一反應不僅造成資源浪費也會加重環境污染問題。在水泥的加工過程中對產生的廢料和需要排放的材料也需要符合規定的標準。這樣才能在減小水泥水化熱的同時達到環境的保護作用。

參考文獻：

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[2]張崗，賀拴海，宋一凡.混凝土箱梁水化熱溫度損傷安全評價模型研究[J].安全與環境學報，2007，04.

項目來源：楊凌職業技術學院科學研究基金項目：地鐵盾構施工中地面變形監測分析與施工控制措施究（項目編號A2017036）

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