我國特種水泥的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、中國特種水泥的現(xiàn)狀及發(fā)展方向硅酸鹽類通用水泥因歷史悠久、性能可靠和價格低廉而得到廣泛應(yīng)用，已成為當(dāng)今的建筑材料之一。1995年世界水泥產(chǎn)量已達(dá)14億噸，其中95%以上是硅酸鹽類通用水泥。但這類通用水泥不適用或不完全適用于特種工程，如水利電力工程、油氣井固井工程、耐高溫工程、裝飾工程和耐腐蝕工程等。為此世界各國都在致力于研究開發(fā)具有特殊性能和特種功能的新品種水泥，即所謂特種水泥。目前發(fā)達(dá)工業(yè)國家特種水泥產(chǎn)量一般占水泥總產(chǎn)量的5%10%。1995年我國水泥總產(chǎn)量4.76億噸，特種水泥產(chǎn)量為656.45%萬噸，僅占水泥總產(chǎn)量的1.38%。 1、特種水泥的分類 國內(nèi)外對水泥特別是特種水泥的分類尚無定論

2、。我國目前將水泥分為通用水泥和特種水泥兩部分。特種水泥按其功能或用途主要可分為快硬早強(qiáng)水泥、低水化熱水泥、膨脹和自應(yīng)力水泥、油井水泥、耐高溫水泥、裝飾水泥和其它水泥等7大類。 2、我國特種水泥研究和生產(chǎn)使用情況 我國特種水泥的發(fā)展歷史大致經(jīng)歷了仿造、自主開發(fā)和創(chuàng)新3個階段。解放初我國僅有白色硅酸鹽水泥一種專用水泥，特種水泥的研究和生產(chǎn)幾乎沒有。為了盡快滿足恢復(fù)時期國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的急需，我國科研技術(shù)人員在短短幾年內(nèi)仿照蘇聯(lián)產(chǎn)品研制了一種特種水泥，其中大批量投入生產(chǎn)并得到推廣。主要有：快硬硅酸鹽水泥、冷堵和熱堵油井水泥以及符合蘇聯(lián)技術(shù)條件的大壩水泥?？煊补杷猁}水泥一直沿用至今，每年尚有8萬噸產(chǎn)量。1

3、954年，我國建立了綜合性建筑材料研究機(jī)構(gòu)，開始系統(tǒng)進(jìn)行水泥科學(xué)研究。水泥品種的研究也逐步從仿制進(jìn)入自主開發(fā)階段。這個階段研究開發(fā)的主要新品種水泥有：以回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生產(chǎn)的高鋁水泥、耐高溫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力硅酸鹽水泥、澆筑水泥（1988年制定專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時改名為無收縮快硬硅酸鹽水泥）、明礬石膨脹硅酸鹽水泥和45，75，95高溫油井水泥系列。這些新品種水泥的大量投入使用，標(biāo)志著我國特種水泥的發(fā)展趨于成熟。進(jìn)入70年代后，隨著我國在熟料化學(xué)、水化化學(xué)和水泥石結(jié)構(gòu)等方面理論研究的深入并有所突破，在理論指導(dǎo)下創(chuàng)造發(fā)明了多種新品種水泥，現(xiàn)擇要介紹如下。 （1）以c4a3s，-c2s和石膏為主要組分的硫鋁酸鹽水

4、泥系列，包括快硬、微膨脹、膨脹和自應(yīng)力4個品種。其中快硬硫鋁酸鹽水泥曾用于建造南極長城參考站，經(jīng)受了-50的考驗(yàn)。以自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥制備的輸油、輸氣、輸水管道（管徑86-800mm），迄今鋪設(shè)總長度達(dá)數(shù)千公里。 （2）以c4af，c4a3s，-c2s和石膏為主要組分的鐵鋁酸鹽水泥系列，它也包括快硬、微膨脹、膨脹和自應(yīng)力4個品種。由于大量鐵膠的存在，該水泥具有良好的耐腐蝕性和耐磨性。曾用于引灤入津輸水工程、山東青島海浪觀測站和福建東山縣防浪墻的建設(shè)，證明該水泥抗凍、抗侵蝕、抗沖刷效果明顯。 （3）以c11a7caf2，-c2s和石膏為主要組分的氟鋁酸鹽水泥系列，包括型砂水泥、搶修水泥和快凝快硬

5、氟鋁酸鹽水泥3個品種。在唐山大地震和對越自衛(wèi)反擊戰(zhàn)中，利用該水泥快凝快硬的特點(diǎn)，緊急搶修機(jī)場，保證了抗震救災(zāi)和軍事行動的順利完成。 （4）低熱膨脹水泥，它是所有低水化熱水泥中水化熱最低并兼有微膨脹性能的新品種水泥。1984年利用該水泥在浙江緊水灘電站圍堰工程81m長塊上通倉連續(xù)澆筑成功，被專家譽(yù)為奇跡，為優(yōu)質(zhì)、高速、低價建造混凝土壩開辟了新途徑。 （5）自應(yīng)力值達(dá)10mpa的高自應(yīng)力鋁酸鹽水泥。用它建造的高自應(yīng)力水泥壓力管（管徑達(dá)1m），于1979年在江西婺源港口電站使用，至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常。與鋼管相比，其造價低、耐久性明顯提高。（6）明礬石膨脹硅酸鹽水泥。由于該水泥強(qiáng)度組分和膨脹組分匹配合理、相互

6、依存，膨脹指數(shù)低，后期強(qiáng)度高，被成功的用于毛主席紀(jì)念堂后澆縫工程及亞運(yùn)會13項工程（包括奧林匹克運(yùn)動中心看臺、速滑館防滲層和冷卻板等），均起到了補(bǔ)償收縮、抗裂防滲的良好作用。 國內(nèi)還有許多著名工程成功地采用特種水泥。如長江葛洲壩工程采用了多種低水化熱水泥；成昆鐵路采用了抗硫酸鹽的硅酸鹽水泥；上海寶剛工程采用了無收縮快硬硅酸鹽水泥；我國唯一的7000m超深氣井采用了超深井水泥。以上工程都取得了優(yōu)質(zhì)的使用效果，獲得了國家或有關(guān)部門的好評。 經(jīng)過40余年的不懈努力，至今我國以研究、開發(fā)了6大體系、7大類共60多種特種水泥。在品種、數(shù)量和研究水平方面跨入了世界先進(jìn)行列，基本滿足了我國冶金、石油、化工、

7、水電、建筑、機(jī)械、交通、煤炭和海洋開發(fā)等各行業(yè)的需要。目前，年產(chǎn)量約為650萬噸。 3、存在的主要問題 當(dāng)前我國特種水泥的發(fā)展存在兩個主要問題：一是產(chǎn)量較低，與我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模不相適應(yīng)。1995年我國水泥總產(chǎn)量已達(dá)4.76億噸，但其中特種水泥僅約656萬噸，占水泥總量的1.38%。而日本1989年特種水泥產(chǎn)量為500萬噸，占水泥總產(chǎn)量的6.2%；蘇聯(lián)1989年特種水泥產(chǎn)量達(dá)1460萬噸，占水泥總產(chǎn)量的10.4%；美國1980年特種水泥產(chǎn)量已達(dá)580萬噸，占水泥總產(chǎn)量的9.0%。據(jù)預(yù)測到2008年我國對水泥的需求量將達(dá)到10億噸。按特種水泥需求量3%計算，其產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到3000萬噸，目前產(chǎn)量離

8、此目標(biāo)還有很大距離。二是從特種水泥本身的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，與美國、日本和蘇聯(lián)等國相比，我國裝飾水泥和膨脹自應(yīng)力水泥所占比例大體相當(dāng)，油井水泥和水工水泥所占比例偏低，快硬早強(qiáng)水泥則嚴(yán)重短缺。國外此類水泥產(chǎn)量通常3%-8%，是各種特種水泥中產(chǎn)量最高的一類，而我國僅占0.06%，是產(chǎn)量最低的一類。 4、針對上述問題，結(jié)合我國國情，今后在發(fā)展特種水泥時應(yīng)注重以下幾個問題 （1）迅速增加特種水泥的生產(chǎn)和用量 根據(jù)我國的實(shí)際條件和需求，我們認(rèn)為，可將今后10年內(nèi)特種水泥產(chǎn)量翻兩番作為目標(biāo)開展工作。從水泥廠的生產(chǎn)能力來看，不存在大的問題。重點(diǎn)應(yīng)放在廣大特種水泥的應(yīng)用領(lǐng)域和使用量上。應(yīng)特別重視開發(fā)各產(chǎn)業(yè)部門自身需求

9、的特種水泥材料，如煤炭工業(yè)需要的高水基填充料和快硬泡沫填充料；核工業(yè)需要的核廢料固結(jié)料；化學(xué)工業(yè)需要的耐各種化學(xué)腐蝕膠凝材料；冶金工業(yè)需要的各種耐高溫材料和高強(qiáng)流動性二次灌漿材料；鐵道部門需要的速凝膨脹性噴射材料等。這些特種工程材料均可通過現(xiàn)有特種水泥改性或復(fù)合使用各種外加劑加以實(shí)現(xiàn)。特種工程材料的大量使用將為特種水泥打開廣闊的市場。 為了迅速增加特種水泥用量，首先要大力加強(qiáng)對特種水泥的宣傳和推廣作用。我國國土遼闊，不少水泥生產(chǎn)和使用單位由于缺乏信息，至今不知特種水泥為何物。許多急需特種水泥的工程因?yàn)闊o法購買或不知道何處生產(chǎn)而只能以通用水泥帶之，其結(jié)果是工程質(zhì)量下降、壽命縮短；而特種水泥生產(chǎn)廠

10、卻又因?yàn)槿狈τ脩舳a(chǎn)量上不去。 其次，對特種水泥的價格應(yīng)有客觀的認(rèn)識。特種水泥對原材料要求較高，有時還需采用較昂貴的材料，加之生產(chǎn)工藝也比較復(fù)雜，因此生產(chǎn)成本一般高于普通水泥。但只要確定具有良好的性能，價格適當(dāng)高一些，使用部門應(yīng)是能夠接受的。但目前存在兩種不正?，F(xiàn)象。一是少數(shù)生產(chǎn)單位借特種水泥之名，大幅度提高價格，使用戶望而生畏，不敢使用；二是有些用戶盲目要求生產(chǎn)單位降低特種水泥的價格，否則就寧可以通用水泥代替，使生產(chǎn)廠難以適從。這兩種現(xiàn)象都不利于特種水泥生產(chǎn)和使用的正常發(fā)展。 最后，還必須有設(shè)計和使用部門的密切配合，要在這些部門的技術(shù)人員充分了解特種水泥的基礎(chǔ)上，逐步使特種水泥列入設(shè)計和施工

11、規(guī)范，確保特種水泥的“合法”地位。此外還應(yīng)配以適當(dāng)?shù)墓膭钫?，例如對凡采用特種水泥新材料者給予風(fēng)險獎勵等。 在大量宣傳、開發(fā)和推廣特種水泥的過程中，應(yīng)特別注意擴(kuò)大快硬早強(qiáng)水泥的用量。我國已研制成功并有實(shí)用價值的快硬早強(qiáng)類水泥有近10種多，居世界之首，但年產(chǎn)量僅30.37萬砘。實(shí)際上我國具有快硬早強(qiáng)要求的工程很多，這類水泥只要有一個合理的價格和良好的性能，是大有用武之地的。今后10年內(nèi)應(yīng)將快硬早強(qiáng)水泥用量增加到250萬噸，我國特種水泥的產(chǎn)量和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和有可能逐步趨于合理。（2）特種水泥的性能和生產(chǎn)工藝的完善 我國現(xiàn)有水泥品種雖已基本滿足各行業(yè)的需要，但在性能上仍有待改變和完善，如快硬早強(qiáng)類水泥，

12、大多存在凝結(jié)時間過短的問題，不能滿足日益發(fā)展的商品混凝土的要求，因此需要研究延長或調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的有效技術(shù)途徑。低水化熱水泥則應(yīng)在進(jìn)一步降低水化熱和賦予其適宜的膨脹性能上下功夫。除迅速研制和生產(chǎn)國外已有的低熱硅酸鹽水泥外，還應(yīng)通過熟料化學(xué)和水化化學(xué)的理論研究，尋找水化熱更低的水泥體系。低水化熱水泥理想的膨脹性能應(yīng)具有集早期膨脹和后期膨脹為一體的所謂“雙膨脹”性能，從而能更有效的補(bǔ)償冷縮和干縮。如何解決后期適量膨脹是一個重要的研究課題。我國油井水泥自1991年3月1日起采用美國石油會標(biāo)準(zhǔn)后，對產(chǎn)品的質(zhì)量要求大大提高，目前我國即使是生產(chǎn)條件較好的大中型水泥廠，成品率也不高。為此應(yīng)研究改進(jìn)生產(chǎn)工藝和裝

13、備，提高成品合格率，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到美國和日本等國的實(shí)物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)加強(qiáng)對膨脹自應(yīng)力水泥膨脹機(jī)理論研究，充分掌握膨脹組分及其含量、水泥的使用或養(yǎng)護(hù)條件及混凝土配制工藝（包括配比）對膨脹或自應(yīng)力混凝土的膨脹量和穩(wěn)定期影響，在此基礎(chǔ)上穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，保證膨脹和自應(yīng)力水泥的安全和有效使用。對白水泥，應(yīng)降低能耗、提高白度和提高現(xiàn)有各種耐高溫水泥的質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上開發(fā)al203含量為80%以上的成品純鋁酸鈣水泥，用來配制低水量和低水泥量的高性能耐火澆注料。 我國特種水泥生產(chǎn)的總體工藝水平和裝備水平比較落后，在某種程度上甚至比硅酸鹽類通用水泥的生產(chǎn)水平還要低一些（與大中型水泥企業(yè)相比）。這主要是由于特種水泥產(chǎn)

14、量較低，大多由中小型企業(yè)的小型中空回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)。今后10年內(nèi)應(yīng)致力于將特種水泥的生產(chǎn)工藝和裝備水平提高一個臺階。配備必要的均化設(shè)施、精確的計量和檢測儀器以及適當(dāng)?shù)淖詣涌刂剖侄危瑥亩刮覈胤N水泥的質(zhì)量穩(wěn)定在較高的水準(zhǔn)上。 （3）以節(jié)能為中心開展水泥品種的研究 首先應(yīng)從探索水泥礦物著手，研究開發(fā)節(jié)能型礦物，即低鈣低燒成溫度及易磨性好的礦物體系。系統(tǒng)地研究其共存條件及工業(yè)生產(chǎn)的可能性。近年來，我國研究開發(fā)了-c2s-cha7caf2，- c2s-c4a3s和- c2s-c4a3s-c4af等節(jié)能礦物體系，其性能各具特色，均已生產(chǎn)使用。今后在使上述各體系性能進(jìn)一步完善的同時，應(yīng)以發(fā)展在原料來源、性能和

15、價格上與硅酸鹽類通用水泥相匹敵的、燒成溫度為10001200的新體系作為長期目標(biāo)。 其次是利用工業(yè)廢渣制備特種水泥，以達(dá)到節(jié)能和利廢的目的。目前已研究成功利用煤矸石生產(chǎn)快硬早強(qiáng)水泥、利用粉煤灰生產(chǎn)砌筑水泥和低熱粉煤灰硅酸鹽水泥和利用礦渣生產(chǎn)低熱微膨脹水泥。用堿渣制備alinite水泥的研究也已完成工業(yè)試生產(chǎn)，熟料燒成溫度可降至1100左右，但該水泥中c1-的存在形式及水泥中c1-的釋放和擴(kuò)散能力，以及對水泥生產(chǎn)設(shè)備和混凝土中鋼筋的銹蝕等問題有待進(jìn)一步研究。 利用工業(yè)廢渣或尾礦應(yīng)注意兩個問題：一是廢渣和尾礦成分波動較大，在水泥生產(chǎn)過程中需采用均化措施；一是廢渣和尾礦往往具有一定的放射性，在生產(chǎn)時對其咱類和摻量的選擇應(yīng)考慮使最終水泥產(chǎn)品的放射性不超標(biāo)。 （4）