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中国建材研究总院研发高强中热核电水泥

2020-06-11 08:51 作者:唯彩会官网 点击:

  中国建筑材料科学研究总院是我国特种水泥研发的起源地,经过几代人的努力,研制发明了六大体系、七大类共60余种特种水泥,满足了我国国防、石油、水电、交通、冶金、化工、建筑、机械、核电等行业工程建设的迫切需求,也使我国在特种水泥理论研究、品种数量及应用等方面跨入了世界先进行列。

  自20世纪50年代中期第一座商业核电站投产以来,核电发展已历经60多年。根据国际原子能机构2015年发表的数据,截至2014年年底,全球共有437个运行中的核动力堆,其中美国就高达99座,为全球最高;法国总共58座,位居第二;我国共有23座。

  我国目前在建核电机组共26台,分别位于浙江三门、山东海阳、广东台山、辽宁红沿河、浙江方家山、福建宁德和福清、广东阳江、广西防城港、海南昌江。中国核电虽然2014年未开工新的核电项目,但发展核电的愿望由上至下越来越强烈。在建二代改进型机组逐步突破瓶颈,一批新机组陆续投入运行;AP1000首批机组在紧张攻关中前行,自主三代技术(华龙一号)和CAP1400的研发为核电创新驱动发展奠定了基础;内陆核电研究论证逐步深入。在今后较长一段时间内,中国核电仍将保持在建和投运的高峰,整体发展令世人瞩目。

  核电水泥主要应用于建设核电站核岛、阀基、安全壳等关键部位。核电站核岛、阀基和常规岛属于大体积工程,对混凝土长期安全性、抗裂性和耐久性要求较高,因此对混凝土用水泥更是提出了多项特殊性能要求。如要求其达到较高的抗压强度,较低的水化热、低碱含量、低氯离子含量、低干缩率等综合性能指标。该水泥集中热水泥、普通硅酸盐水泥、道路水泥和核电工程混凝土特殊使用要求于一体,需同时满足多个品种水泥不同的技术指标要求,生产难度较大。

  我国在岭澳核电站之前的秦山一期、大亚湾核电站主体工程中均采用进口水泥,不但运输不便,且成本高昂,同时也制约着民族水泥工业的发展。近年来,我国核电设计部门在参考和借鉴国外核电站建设经验的基础上,针对核电工程特点提出了水泥的特定技术要求,也开始在国内水泥企业进行采购。但由于不同单位采购标准不同,在我国核电工程建设中采用了GB175中P.O、P.I和P.II等多个普通水泥品种;加之各水泥生产企业的工艺装备、技术水平不一,水泥质量参差不齐,难以完全满足核电工程对水泥提出的高强、中等水化热和低收缩的技术要求,也给核电工程建设及核电站建成后的长期、安全稳定运行埋下了隐患。

  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,依托“高强中热核电专用水泥制备及核电工程混凝土关键技术的研究与应用”十二五科技支撑课题,中国建筑材料科学研究总院会同淮海中联水泥有限公司、抚顺水泥股份有限公司等多家生产单位及中广核工程有限公司、中国核工业华兴建设有限公司等多家工程设计、应用单位展开联合攻关,开发出集早、后期强度高、中低水化热、低干缩率等性能于一体的核电水泥,并制订出相应的技术规范,可提高核电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了保障。

  中国建材总院科研人员通过对熟料矿相组成与水泥性能关系,以及微量组分对水泥熟料形成影响机理的研究,实现了水泥熟料矿物中C3S、C2S、C3A和C4AF的合理匹配和性能优化;利用微量组分掺杂技术和对熟料煅烧关键工艺参数的调控,解决了高强中热核电水泥熟料在煅烧过程中液相量少、液相粘度低和烧成温度范围窄等技术难题,实现高强中热核电水泥在新型干法系统的稳定生产。

  中国建材总院针对硅酸盐水泥熟料中不同矿物具有不同性能的特点,通过对核电水泥熟料CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3多元体系的矿相优化匹配和微量组分对熟料形成及性能影响的系统研究,制备出高强度、中等水化热、干缩小等特性的核电水泥熟料,确立了其最佳矿物组成范围。

  科研人员通过对高强中热核电水泥熟料制备工艺参数、熟料微结构和性能关系的研究,建立了熟料制备工艺参数、微结构及性能之间的关联;研究了高强中热核电水泥水化过程、水化浆体微观结构与水泥性能关系,在此基础上实现熟料制备工艺参数的改进与熟料性能的优化。

  通过微量组分掺杂技术和熟料煅烧关键工艺参数(分解炉温度控制,风、煤、料的合理匹配,烧成带温度及控制、熟料冷却速度等)的调控,解决了高强中热核电水泥熟料在煅烧过程中液相量少、液相粘度低和烧成温度范围窄等技术难题,实现了高强中热核电水泥在新型干法生产线上的稳定生产。

  中国建材总院的科研人员通过核电水泥中SO3含量对水泥凝结时间、强度、水化放热、干缩等性能影响的研究,建立了SO3含量与性能的关系模型,确立了最优SO3含量范围。通过对核电水泥熟料的细度与强度、水化放热及干缩等性能关系的研究,建立了水泥颗粒的Fuller分布曲线及RRSB(Rosin-Rammler-Schuhmann-Bennett)分布方程与水泥宏观性能的关系,通过调整水泥细度(颗粒分布)实现了水泥性能的优化。

  中国建筑材料科学研究总院是水泥、石英、玻璃等建材专业全国标准化技术归口单位,历年来主持制定、修订无机非金属材料产品与检测方法国家和行业标准500多项。利用行业优势,总院联合淮海中联水泥有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司、四川嘉华企业集团股份有限公司等生产单位,中广核工程有限公司、环保部核与辐射安全中心、国核电力研究院等工程设计和施工单位首次制定了《核电工程用硅酸盐水泥》国家标准。目前该标准已通过全国水泥标准化技术委员会的审查并上报至国家标准化技术委员会,被认定达到国际先进水平。

  我国特种水泥的发展,一方面要进一步加强基础理论研究和理论创新,开发出更多实用型的特种水泥品种;另一方面要密切联系工程实际,形成现代化的特种水泥工业体系,更好地发挥其在重点工程中的作用,从而推动特种水泥行业的可持续发展。中国建筑材料科学研究总院将继续秉承“科技领先,服务建设”的核心理念,开发出满足各行业急需的各种高性能、低碳化、长寿命的特种水泥及功能材料。

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