“華龍一號”是由中國兩大核電企業(yè)(中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司和中國廣核集團(tuán)有限公司)在三十余年核電科研、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)日本福島核事故經(jīng)驗(yàn)反饋及中國和全球最新安全要求研發(fā)的先進(jìn)百萬千瓦級壓水堆核電技術(shù)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(biāo)志性成果。

(相關(guān)資料圖)

目前，我國核電設(shè)施基本位于沿海區(qū)域，核電設(shè)施中部分涉海水子項(xiàng)硅酸鹽水泥混凝土結(jié)構(gòu)受海水侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致工程維護(hù)維修成本大幅度增加。由于這些子項(xiàng)通常位于地下或與海水直接接觸，維護(hù)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(yùn)維成本，提升經(jīng)濟(jì)性能。同時，也為四代更長壽命的核電工程做技術(shù)儲備和驗(yàn)證。

示范項(xiàng)目最新進(jìn)展

2021年7月，鑒于鐵鋁酸鹽水泥示范應(yīng)用的需要和華龍一號核電站實(shí)際使用需要，國家發(fā)展改革委批準(zhǔn)實(shí)施鐵鋁酸鹽水泥華龍一號核電站應(yīng)用示范工程項(xiàng)目，支持鐵鋁酸鹽水泥在漳州華龍一號核電站進(jìn)行示范應(yīng)用。示范項(xiàng)目選擇非核安全構(gòu)筑物子項(xiàng)，計(jì)劃澆筑共計(jì)約18萬立方米混凝土。示范項(xiàng)目在工程實(shí)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(zhì)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(diǎn)的施工工藝;研究制定鐵鋁酸鹽水泥應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。

2021年12月31日，示范項(xiàng)目選擇北護(hù)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(gòu)件，單件方量達(dá)574.52m3，混凝土強(qiáng)度等級為C40。首次澆筑一次性取得成功。

2022年9月10日，示范項(xiàng)目在PF廠區(qū)消防泵房進(jìn)行首次大體積混凝土澆筑。PF子項(xiàng)采用平板式筏型基礎(chǔ)，長20m，寬40m，其中柴油消防設(shè)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。

截至目前，示范項(xiàng)目已完成澆筑鐵鋁酸鹽水泥混凝土2萬多立方米，計(jì)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(xiàng)目取得階段性重要成果

目前，示范項(xiàng)目已在工程進(jìn)度、理論研究、施工工藝及標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)。示范項(xiàng)目已取得的研究結(jié)果表明：鐵鋁酸鹽水泥早期力學(xué)性能明顯優(yōu)于硅酸鹽水泥混凝土，后期力學(xué)性能與之相當(dāng);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(qiáng)、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(lǐng)域，應(yīng)用在預(yù)拌混凝土泵送施工的結(jié)構(gòu)工程特別是大體積結(jié)構(gòu)工程則存在許多關(guān)鍵問題需要解決。華龍一號核電站應(yīng)用示范項(xiàng)目通過深入開展試驗(yàn)研究和現(xiàn)場實(shí)踐驗(yàn)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?yīng)用的難題。

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(dǎo)致溫升過高容易造成溫度應(yīng)力開裂的問題。

示范項(xiàng)目采用無線測溫儀對首次實(shí)體澆筑的B-15沉箱底部、側(cè)壁及環(huán)境溫度進(jìn)行全程監(jiān)測。結(jié)果表明，鐵鋁酸鹽水泥混凝土結(jié)構(gòu)底部、側(cè)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(dá)到最高溫升。底部與側(cè)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(xiàng)目已成功解決了鐵鋁酸鹽水泥混凝土溫升過高的問題。

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(shí)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(dá)到硅酸鹽水泥混凝土那樣，滿足從攪拌站運(yùn)到工程現(xiàn)場及泵送澆筑完成所需的時間，是示范項(xiàng)目面臨的一大難題。示范項(xiàng)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(shí)際施工中已具有接近自密實(shí)混凝土的流動性能。

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(diǎn)問題，對于快硬、早強(qiáng)的鐵鋁酸鹽水泥混凝土來說更是難題。示范項(xiàng)目在首次大體積混凝土澆筑過程中，在筏板的上、中、下設(shè)置了三個測溫點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)室測試得到的絕熱溫升52.7℃極為接近。最高溫度在預(yù)計(jì)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。

驗(yàn)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(shí)，更不容易開裂。示范項(xiàng)目采用當(dāng)?shù)卦牧蠈﹁F鋁酸鹽水泥混凝土的干縮應(yīng)力和抗開裂性能進(jìn)行了研究，結(jié)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(yàn)證了鐵鋁酸鹽水泥混凝土具有更優(yōu)異的抗裂性能。

驗(yàn)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(xiàng)目根據(jù)當(dāng)?shù)卦牧系奶攸c(diǎn)開展了鐵鋁酸鹽水泥混凝土的耐久性能研究，結(jié)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(yàn)證了鐵鋁酸鹽水泥具有優(yōu)異的耐海水腐蝕性能。

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(yīng)用示范工程項(xiàng)目已取得了突破性進(jìn)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(shè)部、交通運(yùn)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(tuán)有限公司、中國建筑集團(tuán)有限公司、中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司、建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心等單位召開了“鐵鋁酸鹽水泥工程示范應(yīng)用研討會”。會議要求建立政府部門和重點(diǎn)企業(yè)的聯(lián)系協(xié)調(diào)機(jī)制，搭建鐵鋁酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新工作平臺，進(jìn)一步推進(jìn)鐵鋁酸鹽水泥應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和政策體系建設(shè)，加快推動鐵鋁酸鹽水泥在能源、交通、海洋工程等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)水泥產(chǎn)業(yè)的綠色低碳和高質(zhì)量發(fā)展。

(作者單位：建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心)

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(dāng)前土木建筑工程中應(yīng)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(lǐng)域;三是硫(鐵)鋁酸鹽水泥，是我國科學(xué)家于20世紀(jì)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(chǔ)上，經(jīng)過進(jìn)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(yīng)用性能更加突出，解決了硫鋁酸鹽水泥存在的一些缺點(diǎn)，可普遍應(yīng)用于各種建筑工程領(lǐng)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(diǎn)，在使用上具有快硬、早強(qiáng)、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?zé)七^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(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹、抗凍、抗?jié)B等優(yōu)異的性能特點(diǎn)，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。

本文原載于《中國建材報(bào)》10月17日1版