王燕谋：新时代硫（铁）铝酸盐水泥的发展

　　编者按：王燕谋在由建材工业技术情报研究所主办、尧柏特种水泥集团有限公司承办的 “中国特种水泥发展与应用高峰论坛”上做了题为“新时代硫（铁）铝酸盐水泥的发展”主题报告。王燕谋是我国特种水泥研发工作领导者、组织者、实践者，是老前辈，功绩卓著。国务院下发《关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》（国发〔2013〕41号）明确要求，鼓励依托现有水泥生产线，综合利用废渣发展高标号水泥和满足海洋、港口、核电、隧道等工程需要的特种水泥等新产品。现在，中国是世界上拥有硫（铁）铝酸盐水泥产业和硫铝酸盐水泥国家标准的唯一国家。王燕谋对在建材工业技术情报所领导下已经建成新时代硫（铁）铝酸盐水泥开发平台寄予厚望。相信新平台一定能在老前辈所开创特种水泥产业基础上发展壮大，实现特种水泥产业的高质量发展。

　　以下是王燕谋报告全文

　　新时代硫（铁）铝酸盐水泥的发展

　　——在2018年12月西安召开的全国特种水泥发展与应用高峰论坛上的主题报告
原国家建材局局长 王燕谋

　　在以习近平总书记为核心的党中央领导下，中国社会主义建设进入了新时代，硫（铁）铝酸盐水泥产业迎来了新的发展机遇。

　　一、水泥行业新形势

　　进入新世纪后，中国水泥行业发生了预分解窑新型干法生产建设新高潮，生产技术水平迅速提升，水泥产量大幅增长，2001年到2017年的水泥产量变化曲线示于图1。从该图可看出，我国水泥产量从2005年开始快速增长，到2014年出现拐点，峰值为24.8亿吨，此后便在波动中稳定下滑。水泥不能久储，企业都是以销定产，产量基本可以代表需求量，产量的峰值基本可代表消费量的峰值。

　　图1 2001年-2017年我国水泥产量变化

　　世界上工业发达国家和一些新兴国家水泥工业发展也经历过同样的轨迹，消费量快速增长后出现拐点，然后稳步下滑，只是出现消费峰值的年代有所不同，而达到峰值时的人均积累消费量则是在同一个水平上，具体数据示于表1。

　　表1 中国与其他国家水泥消费峰值比较

　　消费量的变化充分说明，我国水泥工业也已步发达国家和一些新兴国家之后尘，进入稳定下滑的发展阶段，正面临着产能过剩的新常态。

　　按“十四大”以来中共中央阐明的社会主义市场经济理论，应对产能过剩的办法是：充分发挥市场机制的作用，通过竞争优胜略汰；加强政府的依法监管。目前，我国水泥企业都在大力推进技术创新和管理创新，力争在竞争中取胜。

　　水泥行业另一个新形势是环境和生态制约因素愈加明显，生产环保法定指标愈来愈高，矿山开采许可愈加严格。为应对环境和生态制约，一些企业已开始调整生产布局，将生产线由环保负荷高的城市搬迁到环保负荷低的偏僻山区；有的还到国外建厂。

　　硫（铁）铝酸盐水泥是有待进一步开发的新产业，绿色生产成本较低，新形势对硫（铁）铝酸盐水泥发展带来的既有挑战也有机遇。

　　二、建筑土木工程业的新动向

　　进入新时代，全国各行各业都朝着“中国梦”的宏伟目标、按中共中央“五位一体”的总体布局，调整方向，努力奋进，快速发展。在这大发展的洪流中，可以看到建筑土木工程业萌发的新动向，对水泥工业提出的新要求。

　　1. 海洋工程 地球面积的70%是海洋，向海洋索取资源是人类社会发展的必然。中共“十八大”和“十九大”都提出要创建海洋强国。在海洋造地、采油、风力发电和养殖等产业正快速兴起，海港和海上桥梁等建设工程日益增多。这些设施的建设都需要具有耐海水腐蚀性能的水泥。

　　2. 负温施工工程 我国曾在南极建设长城、中山、昆仑和泰山等考察站，近期正在建设机场，南极旅游业也在稳步推进。在“一带一路”倡议下，我国已启动开辟北冰洋航线，建立亚欧之间最便捷的海上运输通道。在南、北极的开发中必定有许多负温施工工程。我国北方地区，早就推行负温施工。随着该地区的经济腾飞，其工程规模将迅速扩大。各种工程的负温施工都须由快硬和抗冻性能优良的水泥来保证。

　　3. 房屋建筑工程 在数字化时代，传统的建筑方式正在转变，房屋建筑工程朝着工厂化生产和现场模块式装配的现代技术方向发展。按这种建造方式，须在工厂生产各种各样的建筑构件和混凝土制品。为提高生产效率、降低成本，需要价格合理的快硬高强水泥。这是一个量大面广的水泥需求的改变，对此应给与足够的关注。

　　4. 修补工程 新中国成立后已经69年，改革开放也有40年，工程积累巨大，须修补的工程日益增多。特别是公路、铁路、机场和 海港等交通工程设施的抢修，不仅工作量巨大，而且时间紧迫。修补工程在国内外都是一个重要产业，须有配套的技术和相应的材料，所用的水泥要具有快硬、膨胀性能。

　　5. 环境美化工程 随着各地政府对生态文明建设力度的加大和旅游业的快速发展，环境美化工程产业异军突起，建筑浮雕、人造塑像、纪念模型和异形配件等艺术品遍及城乡，其工程量逐年增多，前景看好。美化工程需用可塑性极佳的GRC材料。

　　硫（铁）铝酸盐水泥具有优良的耐海水腐蚀性能、负温施工性能、快硬高强性能、膨胀性能、防水性能和低碱性能等等。建筑土木工程业的新动向给硫（铁）铝酸盐水泥带来巨大的商机。

　　三、硫（铁）铝酸盐水泥的研究

　　研究分三个方面：理论研究、应用研究和生产与应用开发。

　　1. 理论研究

　　在理论研究中有一系列新的发现。

　　在物相研究中发现了两个有效相组成：

　　C₄A₃`S+C₂S

　　C₄A₃`S+C₂S+C₆AF₂

　　在形成动力学研究中发现了下列有价值的理论：

　　惰性C₂AS与CaSO₄可反应生成活性的C₄A₃`S和C₂S；C₆AF₂由C₂F连续固溶Al₂O₃和Fe₂O₃而形成，是C₂F-C₆A₂F固溶体系列之一。

　　一般情况下，C₄A₃`S与C<sub>3</sub>S不能共存，但在CaF<sub>2</sub>介入条件下，C<sub>4</sub>A<sub>3</sub>`S可与C₃S共存；硫（铁）铝酸盐水泥熟料矿物都是通过固相反应形成。

2. 应用研究

　　在应用研究中取得一系列实用成果。

　　发现选用低品位矾土、石膏和石灰石做原料可制得以C₄A₃`S和C<sub>2</sub>S为主要矿物组成的硫铝酸盐水泥熟料；发现选用铁矾土、石膏和石灰石或低品位矾土、铁矿、石膏和石灰石作原料，可制得以C<sub>4</sub>A<sub>3</sub>`S、C₂S和C₆AF₂为矿物组成的铁铝酸盐水泥熟料；发现硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥都具有快硬、高强、膨胀、抗冻、水化热集中释放、耐腐蚀和防水等等建筑特性。然而，铁铝酸盐水泥在性能上比硫铝酸盐水泥更具优势：制品表面不起粉；无早期钢筋锈斑；膨胀期较短，耐海水侵蚀性能更好。硫铝酸盐水泥与铁铝酸盐水泥相比，其主要特点是水化液相pH值较低，可制作耐久性优异的GRC制品。

　　3. 生产与应用开发

　　硫（铁）铝酸盐水泥熟料最早是在年产2万-3万吨中空干法回转窑上试制成功的。其后，逐步提升到年产9万-10万吨的立筒预热器窑和年产30万吨的预分解窑新型干法生产线上进行生产。通过技术入股和技术转让，不断发展硫（铁）铝酸盐水泥生产。1997年全中国有15个硫（铁）铝酸盐水泥厂，年总产量近100万吨，一个水泥新型产业的雏形已经形成。经过20年市场锤炼，2017年硫（铁）铝酸盐水泥厂有19个，总产量保持在130万吨左右。

　　根据硫（铁）铝酸盐水泥特性，在生产开发的同时，进行应用开发。

　　（1）1978年12月，用快硬硫铝酸盐水泥建造的国家海洋局大楼，如图2。该楼已安全使用40年。

　　图2 国家海洋局大楼

　　（2）1994年10月用快硬铁铝酸盐水泥建造的沈阳辽宁物产科贸大厦，如图3。该楼100m高，28层，建筑面积4万m2，已安全使用24年。

　　图3 辽宁物产科贸大厦

　　（3）1983年初采用快硬铁铝酸盐水泥建造的福建东山岛南门海堤，如图4。已安全使用35年。

　　图4 东山岛南门海堤

　　（4）1984年采用快硬硫铝酸盐水泥建造的中国南极长城站，如图5。已安全使用34年。

　　图5 中国南极长城站

　　（5）1993年采用快硬铁铝酸盐水泥生产预应力混凝土梁，如图6。用于建造北京立交桥，如燕莎桥、苏州桥和航天桥等等。已安全使用25年。

　　图6 用于建造北京立交桥的混凝土梁

　　（6）20世纪90年代采用快硬铁铝酸盐水泥生产的下水管，如图7。至今仍在大批量生产，已有20多年历史。

　　图7 混凝土下水管

　　（7）2009年采用快硬硫铝酸盐水泥抢修天安门金水桥，如图8。至今已有9年，仍在使用。

　　图8 修复的天安门金水桥

　　（8）用GRC弧形外墙板建造的北京亚运村五洲大酒店，如图9。亚运会前建造的弧形外墙板至今完好无损。

　　图9 北京亚运村五洲大酒店

　　在理论研究和应用研究的基础上，硫（铁）铝酸盐水泥的生产与应用开发取得了很大进展，一个水泥新品种产业在中国已经形成，一批相应的建筑物已经历数十年耐久性考验。

　　然而，近20年来，硫（铁）铝酸盐水泥产业成长不快，至今体量不大，年产量一直维持在100万-150万吨之间。究其原因，主要是生成与应用开发工作做得不够。生产技术停留在小型回转窑阶段，不能发挥出该水泥的环保优势；应用开发工作未能做到制定出各种工程应用的设计规范和施工规程，因此工程单位无法普遍大量地采用该种水泥。硫（铁）铝酸盐水泥的技术与应用开发工作亟待继续。

四、新时代硫（铁）铝酸盐水泥的开发平台

　　工信部授权建材工业技术情报研究所的产业技术基础公共服务平台已选择硫（铁）铝酸盐水泥的研究和开发作为主要方向之一，并开展了大量具有重要意义的工作。

　　1. 发掘应用成果

　　2018年，赴福建东山岛实地考察了34年前简称的南门海堤，采访了当时当地的施工人员；经过努力，采访到了建造南极长城站的工程技术人员，取得了一手资料；约请工程负责人，一起考察了24年前建造北京西三环航天桥。

　　通过考察和采访，发掘和完善了硫（铁）铝酸盐水泥的应用开发成果，为进一步开发工作创造了必要条件。

　　2. 生产和技术开发

　　与尧柏集团合作，在3200t/d预分解窑上试烧硫（铁）铝酸盐水泥熟料。通过这次试烧得出，与硅酸盐水泥熟料相比，可节煤31%，减排CO2 30%，减排NOx 70%，SO2为零排放。这些数据的得出，对缓解硫（铁）铝酸盐水泥企业环保压力很有利，普遍实行碳交易后，水泥生产成本可进一步下降。

　　尧柏集团是大型水泥企业，中国建材技术情报所是工信部授权的产业服务平台，两者合作对硫（铁）铝酸盐水泥的进一步研发和产业的快速壮大有着重要意义。

　　3. 信息沟通

　　开办培训班、与政府部门沟通、争取协会支持、发布蓝皮书等等工作已经展开，并已初见成效，工信部已将硫（铁）铝酸盐水泥列入鼓励发展应用的技术和产品目录。信息沟通工作对寻求政府支持、吸引风险投资和组织使用单位参与都将发挥重要作用。

　　新时代硫（铁）铝酸盐水泥开发平台在建材工业技术情报所领导下已经建成，并已开展大量有效工作，本人对此感到十分欣慰，将积极尽力支持。期盼这个平台能实行科研、生产、应用三方紧密结合，顺应水泥行业新形势，抓住现代建筑土木工程业新动向，将硫（铁）铝酸盐水泥的生产与应用开发工作加快进行下去，在市场拓展中，水泥产量在近期内有较大增长，生产技术有较大提高。此外，希望硫（铁）铝酸盐水泥技术平台，还应发展成融资和企业重组平台，吸引大企业资金和社会风险投资，助推企业兼并重组，促进技术开发和扩大生产，使这个新兴产业尽快发展壮大。

　　在纪念改革开放四十周年的重要时刻，在古代陆路丝绸之路的起点--西安，召开特种水泥发展与应用高峰论坛，有着重要意义。中国人发明的硫（铁）铝酸盐水泥在党中央和国务院坚强领导下，在中华民族实现伟大复兴的进程中将发出更加鲜丽的光彩，让我们共同努力吧！