闫大霞
哈密天山水泥有限责任公司 新疆哈密 839000
摘要：低热硅酸盐水泥是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热水泥。低热水泥以B矿即硅酸二钙（C2S，贝利特）为主导矿物，也称作高贝利特水泥。低热水泥具有低水化热、干缩小、高后期强度及强度增进率等性能特点，对提高大体积混凝土工程的抗裂性和耐久性具有显著的作用，因此主要用于水工大坝等大体积混凝土工程，以期进一步降低混凝土内部温升。本文基于低热水泥专利技术发展分析展开论述。
关键词：低热水泥；专利技术；发展分析
引言
随着我国基础建设的兴起，混凝土由于其成本低、强度高、耐久性好等优点，已成为桥梁、隧道、铁路、水利等大型工程建设中不可或缺的材料。水泥作为混凝土中主要的胶凝材料，其性能关系到混凝土工作性能、力学性能、耐久性等多个方面。混凝土强度随着水泥水化进行不断增长，水泥水化过程中会产生大量热量，尤其是大体积混凝土，水泥水化放热过程不容忽视，直接影响着混凝土抗裂性和耐久性。
1 低热水泥碾压混凝土性能特点
低温水泥复盖混凝土的性能特点主要包括组成设计、力学性能和热性能。1)低温水泥搅拌混凝土配合比设计，与C9015、C9025中温水泥研磨比相比，同类、同类低温水泥研磨胶比较高0.03，减压剂配合比较低0.20%。(2)机械性能低温水泥复盖混凝土不同年龄组的抗压强度见表2。抗压强度符合设计要求:28d类低温混凝土的抗压强度比90d类混凝土在同一标准中被热水泥复盖的抗压强度略低。C9015低烧水泥200个解冻周期，相对弹性模量为74.9%，质量损失为1.65%；C9025低温粉碎混凝土，200个冷却周期的相对弹性模量为78.1%，质量损失为1.36%。可见两种低温水泥复盖混凝土的力学性能符合设计要求。(3)具有热性质的低温水泥的比热水泥的比热面积和平均冷凝时间要高；如表3所示，7d、28d以及3d和7d平均热液强度低于中热水泥。低温水泥保湿规律符合强度发展规律。根据大坝低温混凝土的应用结果，低温混凝土的保温温度比中温混凝土低2 ~ 5 c，其导热系数、导热系数、比热、线性延伸率较高。
2低热水泥申请量年度分析
为降低水泥混凝土水化放热带来的开裂风险，具有更低水化热的中低热水泥使用日益广泛，尤其是在水工混凝土中。中热硅酸盐水泥（以下简称中热水泥）具有强度高、中等水化热、低干缩率等特性，已在三峡、溪洛渡、向家坝、锦屏等大型水电工程中的大坝混凝土中得到部分应用；低热硅酸盐水泥（以下简称低热水泥）具有延缓最大温升时间、延长初凝及终凝时间，体积稳定性好等特点，瀑布沟、向家坝、白鹤滩、猴子岩等水电站采用低热水泥均取得了良好的应用效果。中低热水泥由于其材料特殊性及性能优越性，已经成功应用于多项工程，但目前主要集中在以水电为主的大型水利工程中，对于桥梁、隧道、市政等工程应用相对较少。因此，系统研究中低热水泥与普通硅酸盐水泥（以下简称普硅水泥）的性能对混凝土影响规律，对于合理选用水泥品种、提升工程质量具有重要意义。
在全球范围内，低热水泥专利的申请量总体呈上升趋势，小范围内有起伏。专利申请起始于1973年，一直到2000年，申请量每年基本5件左右，这个阶段可以理解为低热水泥萌芽阶段，早期主要以欧洲、日本专利申请为主；从2001年起，申请量以翻倍的速度大幅增长，到2013年达到顶峰，达到了20件，这期间可以理解为低热水泥发展高潮期；在2014年~2019年期间，申请量整体平稳，存在小幅波动，这期间可以理解为低热水泥发展平稳期，中国在这个阶段申请量较大，中国高校、科研单位和企业开始重视低热水泥的研发和应用。
3全级配和湿筛混凝土强度性能试验方案
全级配和湿筛混凝土强度性能试验的试件尺寸采用我国《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2011)规定的试件尺寸，即全级配抗压和劈拉试件为450mm×450mm×450mm的立方体，全级配静压弹模试件为450mm×450mm×900mm的棱柱体;湿筛抗压和劈拉试件为150mm×150mm×150mm的立方体，湿筛轴压和静压弹模试件为150mm×150mm×300mm的棱柱体。考虑到大坝实际的养护条件为天然养护，与实验室养护室的标准养护温湿度条件差异较大，为获得乌东德大坝工程现场大风、干热条件下低热水泥混凝土的真实强度性能发展过程，故而设计春季、夏季、秋季和冬季4次试验。
4VC值、含气量变化
碾压混凝土的工作方式通常是通过VC值试验确定的，满足碾压混凝土的抗冻性要求需要一定的空气量。如图1所示，低温水泥C9015 ( iii)和C9025 ( ii)复盖混凝土的VC值是通过混合三种溶液得出的，空气量足以满足设计要求，变化规律一致。水泥和粉煤灰颗粒比石粉颗粒更圆，微聚集效果和润滑效果更明显。因此，采用三种选择的低温水泥混合物的液化条件存在差异。其中，采用溶液1(橡胶石粉)和溶液3(煤粉)时，C9015 ( iii)和C9025 ( ii)低温水泥混合物的VC值介于2.0至2.5s之间，研磨混凝土液化可能性较好，砂腔由以下各项填充采用溶液2(人工砂产生石粉)时，C9015 ( iii)低温水泥粉碎混凝土VC值为3.5s，接近控制上限，粉碎混凝土液化不良，面团体不充满砂腔；采用备选方案1至3的低温粉碎混凝土的空气含量分别为4.9%、3.9%、3.5%，低温水泥C9015 ( ii)的空气含量分别为4.8%、4.5%和4.0%。
5平仓及碾压
碾压混凝土沿与挡墙轴线平行的固定方向逐条铺设。自卸汽车的卸料由两个摊铺层进行，磨蚀后，每一摊铺层厚度约17厘米，仓库由平整机平整。脱壳机在基层进行连续脱壳操作，每层平整后至少来回两次，并在两层平整完成后继续进行较高的铺展，压实后的压实厚度约为30厘米。平整后混凝土表面应平整，表面误差不大于3厘米，磨厚均匀，不允许后坡，局部骨料及时使用小台阶，辅之以手工清洗分散作业。平滑化作业完成后，会透过手动散布(例如，将详细结构集中的框架和转角部分)来完成，以使平滑化曲面。严禁将不合格的沥青混合料和材料带入贮存室，并保持贮存室表面无污染。
结束语
（1）1973年~2000年为低热水泥萌芽阶段，早期主要以欧洲、日本专利申请为主；2001年~2013年为低热水泥发展高潮期；在2014年~2019年为低热水泥发展平稳期，中国开始重视低热水泥的研发和应用，此阶段中国与日本专利申请量基本持平。（2）全球范围内低热水泥申请量排名前三位的分别是日本、中国和欧洲，总共占据了所有专利申请的67％，而日本和中国分别占比42.11%和20.10%，是低热水泥最主要的市场，具有强大的工业生产能力。（3）低热水泥的重要申请人以日本企业为主，中国建筑材料科学研究总院有限公司排名第二，申请量达到了25件。（4）中国范围内的低热水泥授权率较低，仅为38.1%。国内低热水泥目前主要集中在高校和科研院所，主要处于研发阶段。
参考文献
[1]吴航通,郭传科,徐建荣,何明杰,张伟狄.拱坝低热水泥混凝土抗裂效果仿真[J].水利水电科技进展,2020,40(05):76-80+88.
[2]高俊锋.浅谈白鹤滩水电站大坝低热水泥混凝土研究应用[J].大坝与安全,2020(04):54-56+68.
[3]本刊专题报道组.特种水泥系列报道之低热水泥：开启世界“无裂大坝”之门[J].中国建材,2020(08):31-35.
[4]牛运华,潘洪月,习兰云,段寅,宛良朋.乌东德大坝低热水泥混凝土温控防裂效果研究[J].水电能源科学,2020,38(05):98-100.
[5]段寅,潘洪月,梁仁强,习兰云,宛良朋.乌东德拱坝低热水泥混凝土绝热温升反演及温控措施优化研究[J].水利与建筑工程学报,2019,17(06):46-49+59.