齊冬有：鐵鋁酸鹽水泥在華龍一號核電站應用取得重大進展

“華龍一號”是由中國兩大核電企業(yè)（中國核工業(yè)集團有限公司和中國廣核集團有限公司）在三十余年核電科研、設計、制造、建設和運行經(jīng)驗的基礎上，根據(jù)日本福島核事故經(jīng)驗反饋及中國和全球最新安全要求研發(fā)的先進百萬千瓦級壓水堆核電技術，具有完全自主知識產(chǎn)權的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果，是中國核電創(chuàng)新發(fā)展的重大標志性成果。

目前，我國核電設施基本位于沿海區(qū)域，核電設施中部分涉海水子項硅酸鹽水泥混凝土結構受海水侵蝕嚴重，導致工程維護維修成本大幅度增加。由于這些子項通常位于地下或與海水直接接觸，維護維修的難度也較大。因此，核電工程需要抗海水腐蝕性能更好的混凝土，以減少運維成本，提升經(jīng)濟性能。同時，也為四代更長壽命的核電工程做技術儲備和驗證。

示范項目最新進展

2021年7月，鑒于鐵鋁酸鹽水泥示范應用的需要和華龍一號核電站實際使用需要，國家發(fā)展改革委批準實施鐵鋁酸鹽水泥華龍一號核電站應用示范工程項目，支持鐵鋁酸鹽水泥在漳州華龍一號核電站進行示范應用。示范項目選擇非核安全構筑物子項，計劃澆筑共計約18萬立方米混凝土。示范項目在工程實施的同時開展大量研究工作：優(yōu)化水泥生產(chǎn)控制參數(shù)，保障鐵鋁酸鹽水泥質量穩(wěn)定性；優(yōu)化鐵鋁酸鹽水泥性能以適合大規(guī)?，F(xiàn)澆施工；開發(fā)鐵鋁酸鹽水泥專用外加劑；研究制定適合鐵鋁酸鹽水泥性能特點的施工工藝；研究制定鐵鋁酸鹽水泥應用技術標準和規(guī)范等。

2021年12月31日，示范項目選擇北護岸三段B-15沉箱作為鐵鋁酸鹽水泥混凝土首次澆筑的永久構件，單件方量達574.52m³，混凝土強度等級為C40。首次澆筑一次性取得成功。

鐵鋁酸鹽水泥混凝土在華龍一號工程首次澆筑

2022年9月10日，示范項目在PF廠區(qū)消防泵房進行首次大體積混凝土澆筑。PF子項采用平板式筏型基礎，長20m，寬40m，其中柴油消防設備間筏板厚度為1.3m，采用C45混凝土，一次性澆筑鐵鋁酸鹽水泥混凝土約1100m3。首次大體積混凝土澆筑取得圓滿成功。

鐵鋁酸鹽水泥混凝土首次大體積澆筑

截至目前，示范項目已完成澆筑鐵鋁酸鹽水泥混凝土2萬多立方米，計劃2022年年底完成澆筑鐵鋁酸鹽水泥混凝土9萬立方米。

示范項目取得階段性重要成果

目前，示范項目已在工程進度、理論研究、施工工藝及標準規(guī)范方面取得重要的階段性成果，為鐵鋁酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展奠定了重要基礎。示范項目已取得的研究結果表明：鐵鋁酸鹽水泥早期力學性能明顯優(yōu)于硅酸鹽水泥混凝土，后期力學性能與之相當；耐久性能顯著優(yōu)于硅酸鹽水泥混凝土。

由于鐵鋁酸鹽水泥具有早強、快硬的特性，早期水化熱高于硅酸鹽水泥混凝土，因此，鐵鋁酸鹽水泥通常用于搶修、防水、堵漏等工程領域，應用在預拌混凝土泵送施工的結構工程特別是大體積結構工程則存在許多關鍵問題需要解決。華龍一號核電站應用示范項目通過深入開展試驗研究和現(xiàn)場實踐驗證，已取得了五個方面的重要成果，完全解決了鐵鋁酸鹽水泥在南方高溫環(huán)境下規(guī)?；瘧玫碾y題。

解決了鐵鋁酸鹽水泥混凝土由于早期水化熱集中釋放而導致溫升過高容易造成溫度應力開裂的問題。

示范項目采用無線測溫儀對首次實體澆筑的B-15沉箱底部、側壁及環(huán)境溫度進行全程監(jiān)測。結果表明，鐵鋁酸鹽水泥混凝土結構底部、側壁經(jīng)過7h左右的緩慢溫升階段，而后快速升溫，在6h內(nèi)達到最高溫升。底部與側壁最高溫度分別為51.9℃與41.7℃，溫升分別為31.9℃與21.7℃，最高溫度比同部位硅酸鹽水泥混凝土低1～2℃。示范項目已成功解決了鐵鋁酸鹽水泥混凝土溫升過高的問題。

首次實體澆筑鐵鋁酸鹽水泥混凝土溫度監(jiān)測

解決了鐵鋁酸鹽水泥在南方高溫氣候下工作性能調(diào)控問題，實現(xiàn)了高流態(tài)化鐵鋁酸鹽水泥混凝土調(diào)配及其泵送施工。

鐵鋁酸鹽水泥的初凝時間大約20min，而硅酸鹽水泥初凝時間通常在2h以上。因此，鐵鋁酸鹽水泥混凝土要達到硅酸鹽水泥混凝土那樣，滿足從攪拌站運到工程現(xiàn)場及泵送澆筑完成所需的時間，是示范項目面臨的一大難題。示范項目通過對水泥性能的調(diào)整和采用專用外加劑調(diào)節(jié)，施工性能問題已經(jīng)完全解決，并且具有比普通硅酸鹽水泥混凝土更好的可工作性能，實際施工中已具有接近自密實混凝土的流動性能。

鐵鋁酸鹽水泥混凝土泵送澆筑

解決了鐵鋁酸鹽水泥在南方高溫氣候下的大體積混凝土施工問題。

大體積混凝土施工也是普通水泥混凝土施工的難點問題，對于快硬、早強的鐵鋁酸鹽水泥混凝土來說更是難題。示范項目在首次大體積混凝土澆筑過程中，在筏板的上、中、下設置了三個測溫點，測溫曲線見下圖。1.3m厚大體積鐵鋁酸鹽水泥混凝土近似絕熱溫升狀態(tài)，其中心最高溫度80.2℃，溫升51.5℃。該溫升值與實驗室測試得到的絕熱溫升52.7℃極為接近。最高溫度在預計的控制范圍之內(nèi)。模板拆除后，混凝土表面十分光潔，無任何裂縫，成功地解決了鐵鋁酸鹽水泥在南方高溫氣候下的大體積混凝土施工難題。

1.3m厚大體積鐵鋁酸鹽水泥混凝土溫度監(jiān)測曲線

驗證了鐵鋁酸鹽水泥混凝土具有更優(yōu)異的抗裂性能。

普通水泥混凝土在硬化過程中會發(fā)生干縮，極易造成混凝土開裂，通常需要采取各種措施防止開裂。由于鐵鋁酸鹽水泥具有微膨脹性能，因此，在其混凝土硬化過程中能夠部分或全部抵消干縮，從而使鐵鋁酸鹽水泥混凝土更加密實，更不容易開裂。示范項目采用當?shù)卦牧蠈﹁F鋁酸鹽水泥混凝土的干縮應力和抗開裂性能進行了研究，結果表明，鐵鋁酸鹽水泥混凝土比硅酸鹽水泥混凝土的開裂指數(shù)更低，驗證了鐵鋁酸鹽水泥混凝土具有更優(yōu)異的抗裂性能。

鐵鋁酸鹽水泥混凝土與硅酸鹽水泥混凝土開裂性能對比

驗證了鐵鋁酸鹽水泥混凝土具有顯著的耐海水腐蝕性能。

示范項目根據(jù)當?shù)卦牧系奶攸c開展了鐵鋁酸鹽水泥混凝土的耐久性能研究，結果表明，鐵鋁酸鹽水泥混凝土在抗硫酸鹽干濕循環(huán)腐蝕系數(shù)和抗氯離子滲透性能方面顯著優(yōu)于同等級的硅酸鹽水泥混凝土，驗證了鐵鋁酸鹽水泥具有優(yōu)異的耐海水腐蝕性能。

OPC：硅酸鹽水泥混凝土，F(xiàn)AC：鐵鋁酸鹽水泥混凝土

不同混凝土抗氯離子滲透系數(shù)

在國家發(fā)展改革委和中國建筑材料聯(lián)合會的大力支持下，鐵鋁酸鹽水泥華龍一號應用示范工程項目已取得了突破性進展和重要階段性成果。2022年9月26日，國家發(fā)展改革委組織工業(yè)和信息化部、住房城鄉(xiāng)建設部、交通運輸部、市場監(jiān)管總局及中國建筑材料聯(lián)合會、中國核工業(yè)集團有限公司、中國建筑集團有限公司、中國交通建設集團有限公司、建筑材料工業(yè)技術監(jiān)督研究中心等單位召開了“鐵鋁酸鹽水泥工程示范應用研討會”。會議要求建立政府部門和重點企業(yè)的聯(lián)系協(xié)調(diào)機制，搭建鐵鋁酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應用創(chuàng)新工作平臺，進一步推進鐵鋁酸鹽水泥應用標準和政策體系建設，加快推動鐵鋁酸鹽水泥在能源、交通、海洋工程等相關領域的應用，促進水泥產(chǎn)業(yè)的綠色低碳和高質量發(fā)展。

鐵鋁酸鹽水泥

水泥按照主要礦物組成分類主要有三大類：一是硅酸鹽水泥，由英國人于1824年發(fā)明，是當前土木建筑工程中應用最普遍、規(guī)模最大的水泥種類；二是鋁酸鹽水泥，由法國人于1908年發(fā)明，主要用于耐火材料領域；三是硫（鐵）鋁酸鹽水泥，是我國科學家于20世紀80年代發(fā)明。

硫（鐵）鋁酸鹽水泥是硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥的統(tǒng)稱。硫鋁酸鹽水泥自1973年開始研發(fā)，于1980年獲得國家發(fā)明二等獎。在硫鋁酸鹽水泥的基礎上，經(jīng)過進一步的自主創(chuàng)新，又發(fā)明了鐵鋁酸鹽水泥，并于1987年獲得國家發(fā)明二等獎。相比硫鋁酸鹽水泥，鐵鋁酸鹽水泥生產(chǎn)原材料來源更加廣泛，并且耐腐蝕、抗?jié)B透等應用性能更加突出，解決了硫鋁酸鹽水泥存在的一些缺點，可普遍應用于各種建筑工程領域。因此，硫鋁酸鹽水泥是硫（鐵）鋁酸鹽水泥體系的雛形產(chǎn)品，鐵鋁酸鹽水泥是終型產(chǎn)品。

鐵鋁酸鹽水泥在生產(chǎn)制備過程中具有顯著的低能耗、低碳排放的特點，在使用上具有快硬、早強、微膨脹、抗凍、耐海水及硫酸鹽腐蝕等突出性能優(yōu)勢。在生產(chǎn)方面，鐵鋁酸鹽水泥熟料在高溫燒制過程中原材料中石灰石的用量較硅酸鹽水泥減少約40%，煅燒溫度較硅酸鹽水泥熟料低100～200℃，在水泥粉磨過程中易磨性也優(yōu)于硅酸鹽水泥。因此，在同等工藝條件下，鐵鋁酸鹽水泥生產(chǎn)能耗較硅酸鹽水泥約低30%，生產(chǎn)過程中二氧化碳排放約低40%。在使用性能方面，鐵鋁酸鹽水泥具有早強、高強、微膨脹、抗凍、抗?jié)B等優(yōu)異的性能特點，尤其是具有很好的耐腐蝕性能，非常適合在海洋、鹽堿等腐蝕環(huán)境中使用。

中國水泥網(wǎng)即將在湖南長沙召開“ 中國水泥行業(yè)綠色發(fā)展高峰論壇暨超潔凈排放技術交流大會 ”。會議將圍繞“減污降碳協(xié)同增效背景下，水泥行業(yè)新機遇與新挑戰(zhàn)”、“垃圾衍生燃料RDF的應用及優(yōu)勢分析”、“碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術探討”、“氫能源替代煤炭在水泥行業(yè)的應用”、超低排放改造技術等議題展開分享與研討，共同助力水泥行業(yè)綠色高質量發(fā)展！ 會后將參觀中材株洲水泥有限責任公司和國際首套“塵硝一箱化SCR脫硝項目”。