水泥材料水化热探究

张敬博 张军宇 张文强

摘 要：水泥是日常生活中常见的材料之一，任何一个建筑都离不开水泥的参与，在我国的工业中水泥材料的好坏是重中之重，才能够决定建筑工程的质量好坏。水泥和水反应会产生水化热。在建筑使用水泥的过程中水化热会对周围环境产生了一些不利影响，从而直接引发了一系列工程问题。为了最大程度的减少水泥水化热给环境和工程带来的不良影响，我们必须从水泥本身的这种反应入手，深入研究找到符合社会发展的新型水泥制备体系。下面的内容主要是针对水泥水化热现象的简单探究。

关键词：水泥;水化热;环境污染

水泥是一种水硬性胶凝材料，是工程建设中常用的建筑材料，对于国家工业发展起着重要的作用。水泥和水发生反应，会产生水化热，水泥的水化放热会带走大量能量，也会对周围环境造成一定影响。对于现在的社会环境来说，使用节约并且有利于社会发展的建筑材料是我国乃至全世界都重点关注的话题。

1 水泥材料水化热概念

提到水泥的水化放热，这是建筑工程中遇到的难题，无论是大型工程建设还是小型建筑中，水泥都是必不可少的建筑材料。但在使用水泥材料时因为水泥的水化放热，人们需要解决的问题有很多。

2 水泥水化热的两种测定方法

为了更加深入的了解水泥水化热，我们需要对水化热进行测量。水泥的热测定方法有很多，其中最常见的是直接法和溶解法，这两种方法最简便，相对来说也比较准确。

直接法较为简单，需要用到的工具有温度计、恒温水槽、搅拌器和用来固定温度计所用的支架和夹具等。这一实验需要仔细的称量和精细的计算，先将所需材料倒入拌合锅搅拌，然后再将其移入用湿布擦拭过的拌和锅内进行湿拌，准备工作做好之后将温度计按照正确的方法插入，这一步一定要按照规定，严格操作。最后根据一定的相隔时间记录温度计温度的变化，待实验结束后计算测量结果。这种方法用到的器具常见，操作方便，但在计算和操作上可能存在的误差相对较大一些。

另外一种方法是溶解热法，这种方法是根据中学课本中就会学到的热化学的盖斯定律。具体的试验就是在温度条件一定的温度计周围，将已经水化一定时间的水泥和从未发生水化的水泥同时放在相同的一定浓度的硫酸液体中，将二者所放出的水化热做准确记录，计算出溶解热的差值，就测出了水泥在一定的期龄内所放出来的水化热。

以上两种方法在操作准确的基础上都可以较为准确的测量出水泥的水化热。

3 水化热对环境的影响

我国每年都会大量生产水泥，将水泥业作为国家经济发展的重要产业，但随着经济全球化的发展和工业化进程的不断加快，水泥业的弊端逐渐展现出来，在水泥的生产中会不可避免的产生废渣，并且每年都有大量的水泥制造业水泥的水化热不仅会造成资源的浪费，也会对环境造成一定的污染。为了保护环境并且节约能源，保持可持续发展的战略，世界各国的水泥学者对比展开了调查和研究，将研究得到的大量成果运用于水泥和混凝土的生产中，达到了变废为宝、节约能源的目的。随着水泥产生水化热问题被提出，到目前为止，通过不断的努力，终于形成了一系列相对成熟的水泥综合利用体系，在现在的水泥的制造和使用过程已经在合理运用这一体系。水泥业水化热的问题暂时得到有了一定的改进成效，但目前我国水泥业的发展依旧存在很多大大小小的问题，尤其是因为产品质量和技术问题而导致环境污染和能源的损失大等问题。

4 以节能为中心低钙水泥熟料体系的研究和开发

节能环保是我国工业生产中遇到的大问题，也是工业生产必须遵守的原则。由于水泥热化会散发出大量热量，从而带走一部分能量，所以在水泥生产和使用过程中，最大的问题就是减少热量的损失。从源头出发，能够更好的解决环保问题，也是实现水泥工业节能的有效技术途径。就是要求从开发矿物质时入手，即争取开发节能型矿物体系，让矿物或者矿物质的烧成温度尽量降低，并且易磨性能较好。要达到这种效果就需要降低生料石灰石的用量，即增加体系中其他用料的量来弥补石灰石用量，这样就能有效降低熟料烧成的温度，从而降低能量的损失。目前，我国乃至在研究水泥低能耗、节能环保的问题上取得了进展，先后开发出了硅酸盐体系等节能矿物体系。国内外一直将这一开发作为重点，研制出高贝利特水泥，并将此作为重点研究对象，这一项目也成为近年来国内外水泥基材料研究上的又一大重要突破。这一水泥的熟料矿物质与通用硅酸盐水泥并无差异，只是二者的主要使用矿物质不同。高贝利特水泥主要矿物质是硅酸二钙，含量几乎在一半左右。这一研究的成功主要是在制备过程中解决了硅酸二钙矿物高活性和常温下稳定存在的两个难题，并且水泥主要体系问题也得到了解决，更加符合生产要求，减小了复杂性。将硅酸二钙作为主要矿物，制造低热硅酸盐水泥的过程具有低能源消耗、低环境负荷并且生产成本较低等优点，烧成温度也比普通的硅酸盐水泥低，烧成过程大气污染物排放量少，达到了环境友好的目的，另一个优点是低热硅酸盐水泥的主要成分是硅酸二钙，这种水泥在抵抗硫酸腐蚀方面具有更高的性能，耐磨性好，更好的满足高性能混凝土的技术要求，适用于多种高性能混凝土的制备。

5 结论

我国是一个生产水泥的大国，水泥业作为我国的产业支柱之一正在朝着更好的方向发展的同时也存在不足。水泥在使用过程中会发生水化反应放出热量，影响施工周围的环境，给施工带来影响和阻碍，所以在水泥的使用时一定要更加注意水泥水化这一特点，利用新型技术最大程度减少热量的排放和损失，使水泥水化热对工程的负面影响降到最低，保证工程的正常施工和使用。环境的保护也是我国近年来面临的问题，所以从环境保护方面来看，水泥的加工更要减少水化热的产生，这一反应不仅造成资源浪费也会加重环境污染问题。在水泥的加工过程中对产生的废料和需要排放的材料也需要符合规定的标准。这样才能在减小水泥水化热的同时达到环境的保护作用。

参考文献：

[1]蒋春祥，胡晓东，潘荣生.粉煤灰和矿粉对水泥水化热的影响研究[J].水利建设与管理，2004，07.

[2]张岗，贺拴海，宋一凡.混凝土箱梁水化热温度损伤安全评价模型研究[J].安全与环境学报，2007，04.

项目来源：杨凌职业技术学院科学研究基金项目：地铁盾构施工中地面变形监测分析與施工控制措施究（项目编号A2017036）

作者简介：张敬博（1984-），男，硕士研究生，讲师，研究方向：水利水电工程。