我国特种水泥的现状及发展方向

中国特种水泥的现状及发展方向 硅酸盐类通用水泥因历史悠久、性能可靠和价格低廉而得到广泛应用，已成为当今的建筑材料之一。1995年世界水泥产量已达14亿吨，其中95%以上是硅酸盐类通用水泥。但这类通用水泥不适用或不完全适用于特种工程，如水利电力工程、油气井固井工程、耐高温工程、装饰工程和耐腐蚀工程等。为此世界各国都在致力于研究开发具有特殊性能和特种功能的新品种水泥，即所谓特种水泥。目前发达工业国家特种水泥产量一般占水泥总产量的5%～10%。1995年我国水泥总产量4.76亿吨，特种水泥产量为656.45%万吨，仅占水泥总产量的1.38%。 1、特种水泥的分类 国内外对水泥特别是特种水泥的分类尚无定论。我国目前将水泥分为通用水泥和特种水泥两部分。特种水泥按其功能或用途主要可分为快硬早强水泥、低水化热水泥、膨胀和自应力水泥、油井水泥、耐高温水泥、装饰水泥和其它水泥等7大类。 2、我国特种水泥研究和生产使用情况 我国特种水泥的发展历史大致经历了仿造、自主开发和创新3个阶段。解放初我国仅有白色硅酸盐水泥一种专用水泥，特种水泥的研究和生产几乎没有。为了尽快满足恢复时期国民经济建设的急需，我国科研技术人员在短短几年内仿照苏联产品研制了一种特种水泥，其中大批量投入生产并得到推广。主要有：快硬硅酸盐水泥、冷堵和热堵油井水泥以及符合苏联技术条件的大坝水泥。快硬硅酸盐水泥一直沿用至今，每年尚有8万吨产量。1954年，我国建立了综合性建筑材料研究机构，开始系统进行水泥科学研究。水泥品种的研究也逐步从仿制进入自主开发阶段。这个阶段研究开发的主要新品种水泥有：以回转窑烧结法生产的高铝水泥、耐高温铝酸盐水泥、自应力硅酸盐水泥、浇筑水泥（1988年制定专业标准时改名为无收缩快硬硅酸盐水泥）、明矾石膨胀硅酸盐水泥和45℃，75℃，95℃高温油井水泥系列。这些新品种水泥的大量投入使用，标志着我国特种水泥的发展趋于成熟。进入70年代后，随着我国在熟料化学、水化化学和水泥石结构等方面理论研究的深入并有所突破，在理论指导下创造发明了多种新品种水泥，现择要介绍如下。 （1）以C4A3S，β-C2S和石膏为主要组分的硫铝酸盐水泥系列，包括快硬、微膨胀、膨胀和自应力4个品种。其中快硬硫铝酸盐水泥曾用于建造南极长城参考站，经受了-50℃的考验。以自应力硫铝酸盐水泥制备的输油、输气、输水管道（管径86-800mm），迄今铺设总长度达数千公里。 （2）以C4AF，C4A3S，β-C2S和石膏为主要组分的铁铝酸盐水泥系列，它也包括快硬、微膨胀、膨胀和自应力4个品种。由于大量铁胶的存在，该水泥具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。曾用于引滦入津输水工程、山东青岛海浪观测站和福建东山县防浪墙的建设，证明该水泥抗冻、抗侵蚀、抗冲刷效果明显。 （3）以C11A7·CaF2，β-C2S和石膏为主要组分的氟铝酸盐水泥系列，包括型砂水泥、抢修水泥和快凝快硬氟铝酸盐水泥3个品种。在唐山大地震和对越自卫反击战中，利用该水泥快凝快硬的特点，紧急抢修机场，保证了抗震救灾和军事行动的顺利完成。 （4）低热膨胀水泥，它是所有低水化热水泥中水化热最低并兼有微膨胀性能的新品种水泥。1984年利用该水泥在浙江紧水滩电站围堰工程81m长块上通仓连续浇筑成功，被专家誉为奇迹，为优质、高速、低价建造混凝土坝开辟了新途径。 （5）自应力值达10Mpa的高自应力铝酸盐水泥。用它建造的高自应力水泥压力管（管径达1m），于1979年在江西婺源港口电站使用，至今运转正常。与钢管相比，其造价低、耐久性明显提高。 （6）明矾石膨胀硅酸盐水泥。由于该水泥强度组分和膨胀组分匹配合理、相互依存，膨胀指数低，后期强度高，被成功的用于毛主席纪念堂后浇缝工程及亚运会13项工程（包括奥林匹克运动中心看台、速滑馆防渗层和冷却板等），均起到了补偿收缩、抗裂防渗的良好作用。 国内还有许多著名工程成功地采用特种水泥。如长江葛洲坝工程采用了多种低水化热水泥；成昆铁路采用了抗硫酸盐的硅酸盐水泥；上海宝刚工程采用了无收缩快硬硅酸盐水泥；我国唯一的7000m超深气井采用了超深井水泥。以上工程都取得了优质的使用效果，获得了国家或有关部门的好评。 经过40余年的不懈努力，至今我国以研究、开发了6大体系、7大类共60多种特种水泥。在品种、数量和研究水平方面跨入了世界先进行列，基本满足了我国冶金、石油、化工、水电、建筑、机械、交通、煤炭和海洋开发等各行业的需要。目前，年产量约为650万吨。 3、存在的主要问题 当前我国特种水泥的发展存在两个主要问题：一是产量较低，与我国国民经济建设规模不相适应。1995年我国水泥总产量已达4.76亿吨，但其中特种水泥仅约656万吨，占水泥总量的1.38%。而日本1989年特种水泥产量为500万吨，占水泥总产量的6.2%；苏联1989年特种水泥产量达1460万吨，占水泥总产量的10.4%；美国1980年特种水泥产量已达580万吨，占水泥总产量的9.0%。据预测到2008年我国对水泥的需求量将达到10亿吨。按特种水泥需求量3%计算，其产量应达到3000万吨，目前产量离此目标还有很大距离。二是从特种水泥本身的产品结构看，与美国、日本和苏联等国相比，我国装饰水泥和膨胀自应力水泥所占比例大体相当，油井水泥和水工水泥所占比例偏低，快硬早强水泥则严重短缺。国外此类水泥产量通常3%-8%，是各种特种水泥中产量最高的一类，而我国仅占0.06%，是产量最低的一类。 4、针对上述问题，结合我国国情，今后在发展特种水泥时应注重以下几个问题 （1）迅速增加特种水泥的生产和用量 根据我国的实际条件和需求，我们认为，可将今后10年内特种水泥产量翻两番作为目标开展工作。从水泥厂的生产能力来看，不存在大的问题。重点应放在广大特种水泥的应用领域和使用量上。应特别重视开发各产业部门自身需求的特种水泥材料，如煤炭工业需要的高水基填充料和快硬泡沫填充料；核工业需要的核废料固结料；化学工业需要的耐各种化学腐蚀胶凝材料；冶金工业需要的各种耐高温材料和高强流动性二次灌浆材料；铁道部门需要的速凝膨胀性喷射材料等。这些特种工程材料均可通过现有特种水泥改性或复合使用各种外加剂加以实现。特种工程材料的大量使用将为特种水泥打开广阔的市场。 为了迅速增加特种水泥用量，首先要大力加强对特种水泥的宣传和推广作用。我国国土辽阔，不少水泥生产和使用单位由于缺乏信息，至今不知特种水泥为何物。许多急需特种水泥的工程因为无法购买或不知道何处生产而只能以通用水泥带之，其结果是工程质量下降、寿命缩短；而特种水泥生产厂却又因为缺乏用户而产量上不去。 其次，对特种水泥的价格应有客观的认识。特种水泥对原材料要求较高，有时还需采用较昂贵的材料，加之生产工艺也比较复杂，因此生产成本一般高于普通水泥。但只要确定具有良好的性能，价格适当高一些，使用部门应是能够接受的。但目前存在两种不正常现象。一是少数生产单位借特种水泥之名，大幅度提高价格，使用户望而生畏，不敢使用；二是有些用户盲目要求生产单位降低特种水泥的价格，否则就宁可以通用水泥代替，使生产厂难以适从。这两种现象都不利于特种水泥生产和使用的正常发展。 最后，还必须有设计和使用部门的密切配合，要在这些部门的技术人员充分了解特种水泥的基础上，逐步使特种水泥列入设计和施工规范，确保特种水泥的“合法”地位。此外还应配以适当的鼓励政策，例如对凡采用特种水泥新材料者给予风险奖励等。 在大量宣传、开发和推广特种水泥的过程中，应特别注意扩大快硬早强水泥的用量。我国已研制成功并有实用价值的快硬早强类水泥有近10种多，居世界之首，但年产量仅30.37万砘。实际上我国具有快硬早强要求的工程很多，这类水泥只要有一个合理的价格和良好的性能，是大有用武之地的。今后10年内应将快硬早强水泥用量增加到250万吨，我国特种水泥的产量和产品结构和有可能逐步趋于合理。 （2）特种水泥的性能和生产工艺的完善 我国现有水泥品种虽已基本满足各行业的需要，但在性能上仍有待改变和完善，如快硬早强类水泥，大多存在凝结时间过短的问题，不能满足日益发展的商品混凝土的要求，因此需要研究延长或调节凝结时间的有效技术途径。低水化热水泥则应在进一步降低水化热和赋予其适宜的膨胀性能上下功夫。除迅速研制和生产国外已有的低热硅酸盐水泥外，还应通过熟料化学和水化化学的理论研究，寻找水化热更低的水泥体系。低水化热水泥理想的膨胀性能应具有集早期膨胀和后期膨胀为一体的所谓“双膨胀”性能，从而能更有效的补偿冷缩和干缩。如何解决后期适量膨胀是一个重要的研究课题。我国油井水泥自1991年3月1日起采用美国石油会标准后，对产品的质量要求大大提高，目前我国即使是生产条件较好的大中型水泥厂，成品率也不高。为此应研究改进生产工艺和装备，提高成品合格率，使产品质量达到美国和日本等国的实物质量标准。应加强对膨胀自应力水泥膨胀机理论研究，充分掌握膨胀组分及其含量、水泥的使用或养护条件及混凝土配制工艺（包括配比）对膨胀或自应力混凝土的膨胀量和稳定期影响，在此基础上稳定产品质量，保证膨胀和自应力水泥的安全和有效使用。对白水泥，应降低能耗、提高白度和提高现有各种耐高温水泥的质量，在此基础上开发AL203

含量为80%以上的成品纯铝酸钙水泥，用来配制低水量和低水泥量的高性能耐火

浇注料。 我国特种水泥生产的总体工艺水平和装备水平比较落后，在某种程度上甚至比硅酸盐类通用水泥的生产水平还要低一些（与大中型水泥企业相比）。这主要是由于特种水泥产量较低，大多由中小型企业的小型中空回转窑生产。今后10年内应致力于将特种水泥的生产工艺和装备水平提高一个台阶。配备必要的均化设施、精确的计量和检测仪器以及适当的自动控制手段，从而使我国特种水泥的质量稳定在较高的水准上。 （3）以节能为中心开展水泥品种的研究 首先应从探索水泥矿物着手，研究开发节能型矿物，即低钙低烧成温度及易磨性好的矿物体系。系统地研究其共存条件及工业生产的可能性。近年来，我国研究开发了β-C2S-CHA7·CaF2，β- C2S-C4A3S和β- C2S-C4A3S-C4AF等节能矿物体系，其性能各具特色，均已生产使用。今后在使上述各体系性能进一步完善的同时，应以发展在原料来源、性能和价格上与硅酸盐类通用水泥相匹敌的、烧成温度为1000～1200℃的新体系作为长期目标。 其次是利用工业废渣制备特种水泥，以达到节能和利废的目的。目前已研究成功利用煤矸石生产快硬早强水泥、利用粉煤灰生产砌筑水泥和低热粉煤灰硅酸盐水泥和利用矿渣生产低热微膨胀水泥。用碱渣制备Alinite水泥的研究也已完成工业试生产，熟料烧成温度可降至1100℃左右，但该水泥中C1-的存在形式及