核电工程用硅酸盐水泥的水化热、强度及干缩性

1、水化热
水泥在水化时产生一定量的水化热。混凝土的一个重要特性是热导率低，散热困难。大体积混凝土浇筑时，内部几乎处于绝热状态，水泥水化放热导致内部混凝土温度升至60℃以上，与冷却较快的混凝土表面温差达数十摄氏度。在水化后期相当长的时间里，由于物体热胀冷缩，混凝土悬殊的内外温差致使各处发生显著的不均匀收缩，产生较大拉应力。当应力值超过混凝土的抗拉强度时，会产生温度应力裂缝，给工程耐久性造成不利影响。减少和消除这一影响最直接有效的技术途径是降低水化热，包括降低水泥的绝对水化放热量和减缓水化放热速率。核电工程的核岛阀基、安全壳等部位属于大体积混凝土工程。
影响水泥水化热大小和放热速率的因素包括熟料的矿物组成、水泥的细度、混合材及外加剂。不论是绝对水化热值或是相对放热速率，均为C3A最高，C3S次之，C2S最低。降低C3A和C3S含量，能有效降低水泥的水化热。降低C3S意味着增加C2S，前者是硅酸盐熟料中的主要强度组分。C2S水化热较低，但早期强度发挥也较慢，其含量太多时水泥早期强度得不到保证。在核电水泥熟料矿物组成的设计上，应降低C3A含量，相应以增加C4AF含量为主。此外，游离氧化钙（f-CaO）在水中消解时的放热量也高（完全水化热1161kJ/kg）​，会增加水泥的水化热，f-CaO的含量也应严格控制在1.0%以下。

2、强度
（1）矿物组成
核电水泥与水工中热水泥最大的不同是除水化热要求外，对早期强度要求较高：其3d抗压强度不小于17MPa，而中热水泥的要求为不小于12MPa。。研究发现，当硅酸盐矿物总量不变时，随着C3S含量增加，水泥强度提高，水化热升高。为保证水泥具有高强度、低水化热，确定了C3S 51%～58%、C2S 15%～28%的适宜含量范围。当熔剂矿物总量（C3A＋C4AF）不变时，水化热随C3A含量增加而增大，强度变化不明显。为降低水化热，宜控制C3A 2%～4%，C4AF 12%～16%。
（2）细度
细度是水泥重要的物理性能指标之一，其与凝结时间、强度、干缩、水化热等一系列性能都有密切的关系。水泥的细度可以用不同的指标来表征，如筛余、比表面积、颗粒平均直径、颗粒级配等。水泥一般由几微米到几十微米的不同尺寸颗粒组成。比表面积增大，水泥与水接触的反应表面积增大，致水化反应加速，水化放热加快，强度（尤其是早期强度）增高，干缩率增大。在表2-13结果中可以看到，比表面积达到340m2/kg以上，水泥水化热会出现明显上升，超出适宜范围。核电水泥的比表面积宜控制在320～340m2/kg之间。

3、干缩性
水泥、混凝土凝结后，内外部水分蒸发程度不同以及在与外界无物质交换的条件下，胶凝材料的水化反应引起毛细孔负压和内部相对湿度降低，导致体积发生减缩现象，称为干缩。干缩率过大，会产生细微裂缝，从而降低结构的耐久性。水泥的矿物组成、比表面积等直接影响水泥的干缩性。从熟料的矿物组成来看，C3A的干缩率最大，C4AF最小。核电水泥熟料中C3A一般控制在2%～4%，C4AF一般控制在12%～16%。核电水泥28d干缩率一般小于0.07%。