高貝利特水泥與水泥低碳經濟發(fā)展

1、高貝利特水泥高貝利特水泥與水泥低碳經濟發(fā)展與水泥低碳經濟發(fā)展目錄Part I: 前前 言言水泥與低碳經濟水泥與低碳經濟節(jié)能減排、氣候變化 國際熱點國際熱點荷蘭環(huán)境評估局荷蘭環(huán)境評估局公布數據: 2007年中國的CO2排放量（67.2億噸）約占世界總排放量（276億噸）的1/4，加上排放量第二的美國（59億噸），共占了全球CO2總排放量的46%。排名前五的中國、美國、歐盟、印度和俄羅斯占了總排放量的71%。而中國的人均排放量為5.1噸，僅占美國人均19.4噸的約1/4。 一項新的研究表明，西方應對中國溫室氣體的排放付上全部責任。報告指出，近年來在中國的二氧化碳排放的增長，一半是由于為其他國家，特

2、別是發(fā)達國家生產產品的制造業(yè)引起的 英國衛(wèi)報英國衛(wèi)報 2009年02月23日 基于消費量而非CO2的排放量來統(tǒng)計的新思路，即扣除海外排放量地球物理研究快報地球物理研究快報發(fā)展中國家發(fā)展中國家: 共同但有區(qū)別的責任共同但有區(qū)別的責任前言 波特蘭水泥波特蘭水泥人類主要的建筑材料人類主要的建筑材料 對全球對全球 CO2 排放占排放占5%WWF-A blueprint for a climate friendly cement industry前言中國中國水泥砼最大的生產與應用國水泥砼最大的生產與應用國195019501.4 Mil. Tons1.4 Mil. Tons2009年年 CO2 排放估算排

3、放估算 : 9 億噸億噸 (1.63 biln. = 900 mil. t )熟料排放系數熟料排放系數水泥排放系數水泥排放系數水泥及熟料CO2 排放系數(中國工程院、中國水泥協(xié)會數據) 我國水泥碳排放我國水泥碳排放節(jié)能減排主題節(jié)能減排主題我國水泥工業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)我國水泥工業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn) 結構問題結構問題 (產業(yè)、產品產業(yè)、產品) 能源資源消耗（能源資源消耗（1.2-1.3t石灰石，石灰石，0.2-0.25t粘土，粘土， 0.1-0.15t標煤標煤/t熟料）熟料） 環(huán)境負荷環(huán)境負荷 （0.85t CO2/t熟料，熟料，SO2，NOx，dust） 性能性能 （質量穩(wěn)定性）（質量穩(wěn)定性）混凝土性

4、能最大的問題混凝土性能最大的問題耐久性耐久性 高性能砼高性能砼要求水泥高性能化要求水泥高性能化l 水泥制備水泥制備熟料礦物熟料礦物組成組成： 熟料熟料組成創(chuàng)新、新礦物組成創(chuàng)新、新礦物的引入的引入水泥材料水泥材料組成：組成： 高膠凝性混和材高膠凝性混和材工藝技術裝備工藝技術裝備： 高效節(jié)能環(huán)保高效節(jié)能環(huán)保粉磨系統(tǒng)、預熱發(fā)粉磨系統(tǒng)、預熱發(fā) 電、新型干法燒成系統(tǒng)電、新型干法燒成系統(tǒng)替代原燃材料替代原燃材料： 工業(yè)、城市工業(yè)、城市廢棄物資源化廢棄物資源化利用利用l 水泥應用水泥應用混凝土性能：混凝土性能： 提高混凝土的提高混凝土的耐久性、工程壽命耐久性、工程壽命水泥工程技術不斷進步水泥工程技術不斷進步

5、 NSP yes, what else?水泥生產規(guī)模不斷擴大水泥生產規(guī)模不斷擴大 150-12000t/d水泥水泥阿利特阿利特(C3S)主導礦物主導礦物水泥水泥180年不變，未來？年不變，未來？IEA-CSI水泥技術路線圖水泥技術路線圖 2009碳排放的碳排放的4個減排途徑個減排途徑提高熱效與電效提高熱效與電效 使用替代燃料使用替代燃料熟料替代熟料替代 碳捕集與碳儲存（碳捕集與碳儲存（CCS） 富有潛力的低碳水泥富有潛力的低碳水泥熟料替代 2050 2050 水泥行業(yè)碳減排愿景水泥行業(yè)碳減排愿景傳統(tǒng)硅酸鹽水泥（傳統(tǒng)硅酸鹽水泥（Portland Cement, PC）的不足）的不足 硅酸鹽水泥的

6、主要組成 硅酸三鈣硅酸三鈣, 3CaOSiO2, C3S, 阿利特阿利特, 50-65% 制備制備：能耗問題能耗問題（燒成溫度高，燒成溫度高，1450) 環(huán)境問題環(huán)境問題（ CO2排放量大，排放量大，0.85t CO2/t 熟料熟料 ） 性能性能：耐久性問題耐久性問題（水化放熱高，溫度裂縫）（水化放熱高，溫度裂縫） （干燥收縮大，收縮裂縫）（干燥收縮大，收縮裂縫） ( 水化產物水化產物CH多，界面結構，侵蝕多，界面結構，侵蝕) ( 抗折強度低，韌性問題抗折強度低，韌性問題)水泥水泥人類社會與經濟發(fā)展主要的基礎材料人類社會與經濟發(fā)展主要的基礎材料Part II: 問題：問題：貝利特礦物的穩(wěn)定和活

7、化，貝利特礦物的穩(wěn)定和活化， 強度難以達到實際工程要求強度難以達到實際工程要求 高貝利特水泥（高貝利特水泥（High Belite Cement，HBC） HBC：C2S 40%， C3S 20-35% 特點：特點：燒成溫度低，后期強度高、低排放、耐久性好燒成溫度低，后期強度高、低排放、耐久性好 國際水泥材料研究持續(xù)半個世紀的熱點國際水泥材料研究持續(xù)半個世紀的熱點 日本、德國、俄羅斯、印度、中國等均進行相關研發(fā) 防止防止、 晶型轉變晶型轉變 顯著提高水泥活性顯著提高水泥活性貝利特礦物的穩(wěn)定與活化貝利特礦物的穩(wěn)定與活化500780 860690680 6301160 H L1425C2S的多晶轉

8、變圖的多晶轉變圖 (H.F.W. Taylor) 節(jié)能、環(huán)保、低資源消耗、低成本節(jié)能、環(huán)保、低資源消耗、低成本燒成溫度低：燒成溫度低：降低降低100，節(jié)煤，節(jié)煤10% 以上以上石灰石消耗少：石灰石消耗少：降低降低 5% 10%， 可利用低品位原料可利用低品位原料約降低約降低10%（節(jié)煤、低石灰石消耗）（節(jié)煤、低石灰石消耗）相應減少相應減少高貝利特水泥在特點（與（與PC對比對比）PC: C3S=50-65%，C2S=15-30%MHC: C3S=45-55%，C2S=20-30% HBC: C3S=15-35%，C2S=40-60% HBC特色、高強、高耐久性HBC: 低熱水泥低熱水泥 MHC:

9、 中熱水泥中熱水泥 PC: 通用水泥通用水泥PCMHCHBCPCMHCHBC HBC特色、高強高強、高耐久性HBC: 低熱水泥低熱水泥MHC:中熱水泥中熱水泥PC: 通用水泥通用水泥PCMHCHBC HBC性能性能特色特色、高強高強、高耐久性高于標準養(yǎng)護溫度條件下HBC、PC的強度發(fā)展規(guī)律PCHBC3天天01020304050601020304050607080養(yǎng)護溫度，養(yǎng)護溫度，抗壓強度，抗壓強度，MPaHBCPC HBC特色、高強、高耐久性高耐久性 HBC特色、高強、高耐久性高耐久性China Building Materials Academy 簡化水化通式： 2C3S+7HC3S2H4

10、 + 3 CH 理論值QAlite= -517 kJ/kg 2C2S+5HC3S2H4 + 1 CH 理論值QBelite= -262 kJ/kg 100g C3S 79 g C-S-H & 48 g CH 100g C2S 105g C-S-H & 21.5g CHChina Building Materials AcademyComparison of Chinese Standard with International Standardsfor HBCv優(yōu)異的工作性、力學性能、耐久性優(yōu)異的工作性、力學性能、耐久性v優(yōu)異的優(yōu)異的熱學性能熱學性能 HBC大壩混凝土大壩混凝土

11、絕熱溫升降低絕熱溫升降低35，有利于大壩溫控防裂，有利于大壩溫控防裂v優(yōu)異的優(yōu)異的抗裂性能抗裂性能 HBC大壩混凝土大壩混凝土干縮低干縮低，極限拉伸大極限拉伸大，抗折及抗拉強度高抗折及抗拉強度高， 自生體積變形為微膨脹自生體積變形為微膨脹，有利于大壩混凝土抗裂性和耐久性，有利于大壩混凝土抗裂性和耐久性 提高提高HBC高抗裂新型大壩混凝土高抗裂新型大壩混凝土 （與三峽（與三峽MHC大壩混凝土相比）大壩混凝土相比） HBC 高性能混凝土高性能混凝土工作性、力學性能、耐久性工作性、力學性能、耐久性HBC混凝土抗裂能力優(yōu)于三峽用MHC混凝土v 抗裂能力抗裂能力( (極限抗拉強度極限抗拉強度) )v 抗

12、裂安全系數抗裂安全系數k k ( (溫度應力溫度應力) )v 混凝土抗裂系數混凝土抗裂系數R R( (變形性變形性) )MHCHBCHBC高抗裂新型大壩混凝土高抗裂新型大壩混凝土三峽大壩現場在線監(jiān)測結果l自生體積變形：自生體積變形：HBC混凝土呈微膨脹型混凝土呈微膨脹型l實測混凝土溫升：實測混凝土溫升：HBC混凝土最高溫度比混凝土最高溫度比MHC混凝土低混凝土低35，且，且HBC混凝土整個溫度變化過程比較平緩混凝土整個溫度變化過程比較平緩HBC高抗裂新型大壩混凝土高抗裂新型大壩混凝土右非右非2壩段壩段管槽回填管槽回填導流底孔封堵導流底孔封堵三期縱向圍堰三期縱向圍堰C段加固段加固HBC高抗裂大壩混凝土在三峽工程應用HBC高抗裂新型大壩混凝土高抗裂新型大壩混凝土v 大體積砼尤其水工砼、高強高性能砼大體積砼尤其水工砼、高強高性能砼低熱、高強、低熱、高強、高抗裂高抗裂v 路橋工程路橋工程高抗折、高耐化學侵蝕、高抗沖耐磨、高高抗折、高耐化學侵蝕、高抗沖耐磨、高抗裂、低收縮抗裂、低收縮 v 混凝土制品及油田修井、特殊用途混凝土制品及油田修井、特殊用途高溫強度優(yōu)