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核电工程用水泥熟料矿相匹配的研究

高显束  
【摘要】:安全高效开发核能和推进核电工程建设,是我国能源建设的一项重要政策。《核电中长期发展规划(2005~2020)》明确表示我国将持续加大核电工程建设力度。目前,我国核电工程建设的相关技术规范和要求主要是借鉴(照搬)自美国、法国、俄罗斯、德国等发达国家,其中核电工程用水泥主要参照国外核电用水泥标准,在核电建设地择优选购,产品无法统一,致使各核电建设中出现各种应用问题。而为了加强核电站建设的安全性和耐久性,核电建设单位一直在推行建设过程的标准化和统一化,作为核电站基础建设的主要原材料――水泥的标准化是核电建设需要的大势所趋。针对核电工程混凝土具有体积大、温控严、抗裂性要求高等特点,开发具有早、后期强度高、中低水化热、低干缩率等性能的核电工程专用水泥(以下简称核电水泥)及制订相应的技术规范,可提高核电工程用水泥及混凝土的质量,为核电站建设及建成后的安全运营提供保障。 本文依托“十二·五”国家科技支撑项目“高强中热核电工程专用水泥的制备”以及正在申报的“核电水泥国家标准”,通过材料组成的优化,以及烧成制度和率值的匹配,制备矿物组成合理的水泥熟料;并结合岩盐相分析、电子扫描电镜等分析手段确定水泥熟料的最佳矿物组成范围;通过水泥熟料与石膏不同比例的调配磨至规定的细度,研究水泥比表面积与水泥强度的关系;进行水泥水化热试验,以及不同龄期的溶液离子浓度,结合XRD、SEM、TG、DSC等分析,确定核电水泥的水化动力学过程;同时对制得水泥的需水量、凝结时间、强度、干缩等性能进行的检测。综合分析水泥熟料矿相组成和水化热、强度、干缩等性能之间的相应关系。 研究了不同石灰饱和系数(KH),不同硅率(SM)和不同铝率(IM)配比下的水泥熟料易烧性和矿物组成的关系。发现随KH的增大水泥熟料易烧性逐渐变差,当KH高于0.92时水泥熟料易烧性急剧变差,SM的范围为2.2~2.8,IM为0.7~1.1时熟料易烧性较好。通过XRD对水泥熟料矿物组成进行测定,发现水泥熟料中矿物组成与设定值基本保持一致,对熟料微观结构分析发现当硅率大于2.8后熟料中,熟料中液相变少,晶体分布不均匀,在正常烧成下熟料中各矿物组成合理,分布均匀,晶体轮廓清晰,粒径多在20~45μm之间,结晶较好。 研究了不同比表面积水泥的各项性能,在正常烧成范围内的不同矿物组成的核电水泥的物理性能良好,随着矿物组成的小幅变动,对需水量、凝结时间和安定性的影响较小,在设定的矿物组成范围内烧制的水泥强度普遍能够达到55MPa,最高可达62MPa,28天干缩值小于0.1%,水化热也能达到中热硅酸盐水泥标准,其余各项性能指标也完全符合目前核电工程对水泥的性能要求。 进行了核电水泥水化机理的研究。通过对不同矿物组成的核电水泥的水化速率和水化放热量的分析发现,对水泥水化速率影响最大的C3A在设定范围内随C3A含量的增大水化放热峰有一定程度的前移,随C3S含量的增大,7天水化放热呈正比增长。利用XRD、SEM结合DSC-TG综合热分析技术研究了核电水泥水化产物和浆体结构,分析了孔溶液pH值和离子浓度随水化时间的变化情况。水化产物和浆体结构的发展变化情况验证了矿物组成对水泥强度和水化热的影响规律。


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