?中國建筑材料科學(xué)研究總院是我國特種水泥研發(fā)的起源地，經(jīng)過幾代人的努力，研制發(fā)明了六大體系、七大類共60余種特種水泥，滿足了我國國防、石油、水電、交通、冶金、化工、建筑、機(jī)械、核電等行業(yè)工程建設(shè)的迫切需求，也使我國在特種水泥理論研究、品種數(shù)量及應(yīng)用等方面跨入了世界先進(jìn)行列。
我國核電水泥應(yīng)用現(xiàn)狀
自20世紀(jì)50年代中期第一座商業(yè)核電站投產(chǎn)以來，核電發(fā)展已歷經(jīng)60多年。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)2015年發(fā)表的數(shù)據(jù)，截至2014年年底，全球共有437個運(yùn)行中的核動力堆，其中美國就高達(dá)99座，為全球最高;法國總共58座，位居第二;我國共有23座。
我國目前在建核電機(jī)組共26臺，分別位于浙江三門、山東海陽、廣東臺山、遼寧紅沿河、浙江方家山、福建寧德和福清、廣東陽江、廣西防城港、海南昌江。中國核電雖然2014年未開工新的核電項(xiàng)目，但發(fā)展核電的愿望由上至下越來越強(qiáng)烈。在建二代改進(jìn)型機(jī)組逐步突破瓶頸，一批新機(jī)組陸續(xù)投入運(yùn)行;AP1000首批機(jī)組在緊張攻關(guān)中前行，自主三代技術(shù)(華龍一號)和CAP1400的研發(fā)為核電創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展奠定了基礎(chǔ);內(nèi)陸核電研究論證逐步深入。在今后較長一段時間內(nèi)，中國核電仍將保持在建和投運(yùn)的高峰，整體發(fā)展令世人矚目。
核電水泥主要應(yīng)用于建設(shè)核電站核島、閥基、安全殼等關(guān)鍵部位。核電站核島、閥基和常規(guī)島屬于大體積工程，對混凝土長期安全性、抗裂性和耐久性要求較高，因此對混凝土用水泥更是提出了多項(xiàng)特殊性能要求。如要求其達(dá)到較高的抗壓強(qiáng)度，較低的水化熱、低堿含量、低氯離子含量、低干縮率等綜合性能指標(biāo)。該水泥集中熱水泥、普通硅酸鹽水泥、道路水泥和核電工程混凝土特殊使用要求于一體，需同時滿足多個品種水泥不同的技術(shù)指標(biāo)要求，生產(chǎn)難度較大。
我國在嶺澳核電站之前的秦山一期、大亞灣核電站主體工程中均采用進(jìn)口水泥，不但運(yùn)輸不便，且成本高昂，同時也制約著民族水泥工業(yè)的發(fā)展。近年來，我國核電設(shè)計(jì)部門在參考和借鑒國外核電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對核電工程特點(diǎn)提出了水泥的特定技術(shù)要求，也開始在國內(nèi)水泥企業(yè)進(jìn)行采購。但由于不同單位采購標(biāo)準(zhǔn)不同，在我國核電工程建設(shè)中采用了GB175中P.O、P.I和P.II等多個普通水泥品種;加之各水泥生產(chǎn)企業(yè)的工藝裝備、技術(shù)水平不一，水泥質(zhì)量參差不齊，難以完全滿足核電工程對水泥提出的高強(qiáng)、中等水化熱和低收縮的技術(shù)要求，也給核電工程建設(shè)及核電站建成后的長期、安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下了隱患。
針對核電工程混凝土具有體積大、溫控嚴(yán)、抗裂性要求高等特點(diǎn)，依托“高強(qiáng)中熱核電專用水泥制備及核電工程混凝土關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用”十二五科技支撐課題，中國建筑材料科學(xué)研究總院會同淮海中聯(lián)水泥有限公司、撫順?biāo)喙煞萦邢薰镜榷嗉疑a(chǎn)單位及中廣核工程有限公司、中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司等多家工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用單位展開聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)出集早、后期強(qiáng)度高、中低水化熱、低干縮率等性能于一體的核電水泥，并制訂出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，可提高核電水泥及混凝土的質(zhì)量，為核電站建設(shè)及建成后的安全運(yùn)營提供了保障。
核電水泥研發(fā)應(yīng)用碩果累累
中國建材總院科研人員通過對熟料礦相組成與水泥性能關(guān)系，以及微量組分對水泥熟料形成影響機(jī)理的研究，實(shí)現(xiàn)了水泥熟料礦物中C3S、C2S、C3A和C4AF的合理匹配和性能優(yōu)化;利用微量組分摻雜技術(shù)和對熟料煅燒關(guān)鍵工藝參數(shù)的調(diào)控，解決了高強(qiáng)中熱核電水泥熟料在煅燒過程中液相量少、液相粘度低和燒成溫度范圍窄等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)中熱核電水泥在新型干法系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)。
成果一：確立了高強(qiáng)中熱核電水泥熟料的最佳礦物組成范圍。
中國建材總院針對硅酸鹽水泥熟料中不同礦物具有不同性能的特點(diǎn)，通過對核電水泥熟料CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3多元體系的礦相優(yōu)化匹配和微量組分對熟料形成及性能影響的系統(tǒng)研究，制備出高強(qiáng)度、中等水化熱、干縮小等特性的核電水泥熟料，確立了其最佳礦物組成范圍。
成果二：闡明了高強(qiáng)中熱核電水泥熟料微結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。
科研人員通過對高強(qiáng)中熱核電水泥熟料制備工藝參數(shù)、熟料微結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的研究，建立了熟料制備工藝參數(shù)、微結(jié)構(gòu)及性能之間的關(guān)聯(lián);研究了高強(qiáng)中熱核電水泥水化過程、水化漿體微觀結(jié)構(gòu)與水泥性能關(guān)系，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)熟料制備工藝參數(shù)的改進(jìn)與熟料性能的優(yōu)化。
成果三：解決了高強(qiáng)中熱核電水泥熟料工業(yè)化制備難題。
通過微量組分摻雜技術(shù)和熟料煅燒關(guān)鍵工藝參數(shù)(分解爐溫度控制，風(fēng)、煤、料的合理匹配，燒成帶溫度及控制、熟料冷卻速度等)的調(diào)控，解決了高強(qiáng)中熱核電水泥熟料在煅燒過程中液相量少、液相粘度低和燒成溫度范圍窄等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)中熱核電水泥在新型干法生產(chǎn)線上的穩(wěn)定生產(chǎn)。
成果四：實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)中熱核電水泥性能優(yōu)化。
中國建材總院的科研人員通過核電水泥中SO3含量對水泥凝結(jié)時間、強(qiáng)度、水化放熱、干縮等性能影響的研究，建立了SO3含量與性能的關(guān)系模型，確立了最優(yōu)SO3含量范圍。通過對核電水泥熟料的細(xì)度與強(qiáng)度、水化放熱及干縮等性能關(guān)系的研究，建立了水泥顆粒的Fuller分布曲線及RRSB(Rosin-Rammler-Schuhmann-Bennett)分布方程與水泥宏觀性能的關(guān)系，通過調(diào)整水泥細(xì)度(顆粒分布)實(shí)現(xiàn)了水泥性能的優(yōu)化。
成果五：制定了《核電工程用硅酸鹽水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)。
中國建筑材料科學(xué)研究總院是水泥、石英、玻璃等建材專業(yè)全國標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)歸口單位，歷年來主持制定、修訂無機(jī)非金屬材料產(chǎn)品與檢測方法國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)500多項(xiàng)。利用行業(yè)優(yōu)勢，總院聯(lián)合淮海中聯(lián)水泥有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司、四川嘉華企業(yè)集團(tuán)股份有限公司等生產(chǎn)單位，中廣核工程有限公司、環(huán)保部核與輻射安全中心、國核電力研究院等工程設(shè)計(jì)和施工單位首次制定了《核電工程用硅酸鹽水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)。目前該標(biāo)準(zhǔn)已通過全國水泥標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的審查并上報(bào)至國家標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，被認(rèn)定達(dá)到國際先進(jìn)水平。
我國特種水泥的發(fā)展，一方面要進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究和理論創(chuàng)新，開發(fā)出更多實(shí)用型的特種水泥品種;另一方面要密切聯(lián)系工程實(shí)際，形成現(xiàn)代化的特種水泥工業(yè)體系，更好地發(fā)揮其在重點(diǎn)工程中的作用，從而推動特種水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。中國建筑材料科學(xué)研究總院將繼續(xù)秉承“科技領(lǐng)先，服務(wù)建設(shè)”的核心理念，開發(fā)出滿足各行業(yè)急需的各種高性能、低碳化、長壽命的特種水泥及功能材料。