[泥说] 贝利特水化活性改善与HBC
我们在之前的一篇内容[泥说] 贝利特的化学组成与多晶型中提到贝利特反应活性；贝利特的反应活性其实应该包括两个层面的意思：一是贝利特作为熟料烧成中的中间产物或者中间反应物，其反应活性会直接影响其在液相中和f-CaO化合形成A矿的过程速率，或者称为贝利特的反应转化率；另外一层意思是我们通常理解的贝利特的水化反应活性，这个直接影响熟料性能及下游的水泥等产品的最终性能。
对于贝利特的高温化学反应活性，我们在之前的一篇[泥说] 新生Belite的高温化学反应活性也聊了个大概，这一篇我们聊聊贝利特的水化活性（我们通常说的贝利特活性，也更多是指水化活性）的改善途径。
在硅酸盐熟料中，贝利特的水化活性的受关注程度远远比不上阿利特（谁让人家多一个Ca呢）；双碳目标的提出，贝利特为主的低碳熟料重新引起业界的广泛关注，比如以贝利特为主的高贝利特硅酸盐熟料（HBC，High-belite Clinker）。
图1 | PC,RBPC,BCSA三种类型水泥熟料的强度发展趋势(To 90d,（By Tongbo Sui.Getting to Know More about Belite Cement.First International Workshop onCement Clinkers.Wuhan,China,2019.05)
BCSA-Belite-Calcium Sulphoaluminate Cement 贝利特硫铝酸盐水泥
PC- Portland cement 硅酸盐水泥
RBPC- Reactive Belite-rich Portland cement clinkers 活性高贝利特水泥
硅酸盐熟料生产过程中能量强度高的主要原因是形成硅酸盐水泥的主要成分阿利特所需的高热量。一种选择是降低阿利特含量，从而提高贝利特的份额。与其它熟料矿物相比，阿利特的形成需要大量的能量；理论上通过降低熟料中阿利特含量，可以显著降低熟料生产单位能耗。另外一方面，Alite在熟料中的减少通常是随着贝利特含量的增加而发生的。因此，含少量Alite的高贝利特熟料(HBC)为节约单位烧成能源提供了机会。然而，这种高贝利特熟料（HBC）往往具有较低的早期强度，影响最终产品的质量。要解决影响产品应用的关键问题，实现贝利特反应性的适当控制至关重要。
图2 | HBC水泥中普通Belite与Alite的强度增进对比（By Tongbo Sui.Getting to Know More about Belite Cement.First International Workshop onCement Clinkers.Wuhan,China,2019.05）
对于Belite水化反应活性的提高，现有的途径无外乎掺杂（Doping)和冷却速率控制两种途径。掺杂（Doping)技术为大家所熟知，合适种类和掺量可有效改善贝利特水化反应活性；但同时由于熟料成分波动大，掺杂对贝利特反应活性或者说熟料强度的作用效果波动也较大（有些情况甚至会降低某些龄期的强度）。
通过冷却速率优化来实现贝利特晶型及反应活性的控制也被考量，尤其是三代+和四代篦冷机的逐渐普及，使得熟料冷却速率的灵活控制成为可能。
图3 | 不同冷却速率对HBC水泥强度增进的影响（By Tongbo Sui.Getting to Know More about Belite Cement.First International Workshop onCement Clinkers.Wuhan,China,2019.05）
图3 | HBC水泥中normal Belite/Reactive Belite与Alite的强度增进对比（By Tongbo Sui.Getting to Know More about Belite Cement.First International Workshop onCement Clinkers.Wuhan,China,2019.05）
另外一种可选的途径是，通过HBC矿物组成的优化匹配，可获得与OPC媲美甚至更高的28d强度的熟料（90d、180d会超越OPC），但3d强度略低这个软肋依然难以克服。
图5 | 不同矿物组成的HBC水泥强度增进与OPC的对比（By Dr EngDaisuke Kurokawaand Shun Niijima, Taiheiyo Cement Corp, Japan.）
另外一个需要讨论的问题，也是确确实实存在的问题就是：如果放在水泥混凝土全产业链角度去看，高贝利特熟料是否真正低能耗、低污染、低碳排放？
HBC的矿物组成决定了其在水化早期的CH及C-S-H生成量有限，这也是造成其早期强度较低的主要原因；但同时，这也造成其在制备同等强度的水泥时，可掺入的ScMs量更少；而我们都知道，ScMs的高效应用是实现单位水泥碳排放降低的非常有效的技术途径。
还有一个现实问题就是，贝利特的易磨性相对差于阿利特，这导致其粉磨能耗的升高。
简单总结一下：
双碳目标为高贝利特熟料发展提供了契机，但是要解决HBC应用的关键是实现贝利特反应性的适当控制。
Belite水化反应活性可以通过掺杂（Doping)和冷却速率控制两种途径来实现优化。
另外一种可选的途径是，通过HBC矿物组成的优化匹配，可获得与OPC媲美甚至更高的28d强度的熟料（90d、180d会超越OPC），但3d强度略低这个软肋依然难以克服。
如果从水泥混凝土全产业链角度去考虑，高贝利特熟料是否真正低能耗、低污染、低碳排放？