行業觀點
從2017年度行業發展看特種水泥混凝土工程材料發展趨勢
  • 發布時間:2017-12-29
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    中國經濟進入中速發展新常態,水泥行業產量、產能嚴重過剩,產業結構快速調整,同時帶來的環境承載和資源供給壓力增大。“十二五”、“十三五”行業發展規劃明確指出,水泥特種化是產業結構調整的重要方向。


    2016年我國水泥總產量達24.03億噸。特種水泥作為我國水泥產業的重要組成部分,當前年產量約為4400多萬噸,所占比重僅為水泥總量的1.86%左右,雖較去年有所提高,但這一數值與發達國家6%~10%的比重值有著明顯差距,由此可見我國水泥工業的特種化程度還遠遠不夠。


    隨著我國社會經濟的日益發展,人們的環保意識越來越高,綠色、生態、環保受到全世界各地政府、企事業和人民的高度重視。如何與生態環境相協調,促進社會和經濟的可持續發展是關系民生的大事。目前,通用硅酸鹽水泥越來越難以滿足重點工程或特殊工程的施工要求,而特種工程材料的性能可以彌補這些不足,在生產過程中特種水泥可以充分利用工業廢渣,既節約資源,又保護環境,在冬季施工、搶修搶建工程中能夠用發揮重要的作用,并且隨著海洋工程建設規模的日益擴大,特種水泥將迎來新的發展平臺。


    發展趨勢

    1 提高產品的技術水平,節能減排、綠色發展


    當前我國的水泥工業已進入構建資源節約和環境友好型的低碳綠色產業的新階段,特種水泥的發展也應該適應這樣的新形勢,以節能、環保、綠色為主題,走可持續發展道路。與通用硅酸鹽水泥行業相比,特種水泥行業發展還不成熟,生產工藝技術還較落后,綜合能耗和環保指標還不理想,應用技術研究開發的力度也  不夠,這已經嚴重影響到特種水泥行業的健康發展。為了與世界經濟發展主題相符,走綠色發展之路,必須努力提高產品的生產技術水平,從原料的配料與煅燒技術、生產工藝設備與技術和工業廢渣利用技術等方面實現特種水泥工業的節能減排。


    (1)原料的配料與煅燒技術


    從探索水泥礦物組成入手,研究開發新的節能型礦物,即低鈣、低燒成的溫度及易磨性好的礦物體系,采用新的煅燒工藝,實現低碳發展。例如為了減少水泥生產過程中的能源消耗和二氧化碳氣體排放,國內外大規模興起的對低鋁高硅硫鋁酸鹽水泥的研究即貝利特硫鋁酸鹽水泥系列。


    (2)生產工藝設備與技術


    水泥生產過程中能耗和大氣污染物排放的控制是水泥工業節能減排的重要步驟。例如硫鋁酸鹽水泥熟料的煅燒過程需要配入石膏,采用帶預熱器的窯爐進行煅燒時,生料與煙氣在預熱爐中進行熱交換過程中能夠吸收其中的二氧化硫,因此大大降低了二氧化硫的排放量。而用中空窯生產工藝進行生產,缺少了煙氣與生料的熱交換預熱工藝,煙氣中二氧化硫直接排放,將會造成環境污染。因此,我們必須利用先進技術對特種水泥生產工藝設備進行改造,如增加預熱器、分解爐、收塵器等設施,降低特種水泥生產能耗,改善環境、降低污染,徹底改變落后的生產方式,為特種水泥企業的可持續發展開創新路。


    (3)工業廢渣利用技術


    除了對特種水泥生產工藝及設備的改進達到節能減排的目的之外,利用工業廢渣制備特種水泥也是特種水泥走綠色發展之路的一個重要方向。工業廢渣作為排放量最大的固體廢棄物,對自然環境造成的污染是巨大的。工業廢渣的清潔化和資源化一直是廣大科研工作人員研究的熱點和重點,這直接關系到整個國民經濟的健康循環發展。將工業廢渣資源化利用于建材行業,一方面可以減輕工業廢棄物對環境的負擔,另一方面也能夠降低水泥行業對自然資源的依賴程度,這對節能減排、保護環境具有很現實的意義。


    改性硫鋁酸鹽水泥原料可以使用含有CaO、Al2O3、SiO2、SO3、Fe2O3等化學成分的工業廢渣,如粉煤灰、煤矸石、赤泥、工業石膏等替代天然原料。在熟料燒成中就可以80%以上使用工業廢渣,有效的消納和資源化利用工業廢渣,這對解決我國大量工業渣占用土地資源、污染環境、造成安全隱患等問題具有重大的意義,十分契合國家大力發展循環經濟的政策。


    (4)發展低碳水泥


    硫鋁酸鹽水泥相對硅酸水泥,石灰石配入量低20%左右,燒成溫度低150℃左右,具有顯著的碳排放低、能耗低的特點。2014年我國水泥產量24.76億噸,熟料煅燒消耗標煤約2.476億噸,CO2排放約18.64億噸。如果水泥工業的能耗降低15%,CO2排放降低20%,將可以節約標煤0.37億噸,減少CO2排放3.68億噸。對國家節能減排將做出重大的貢獻。


    目前,國內外熱衷研究的低碳水泥主要有兩個體系:一是硅酸鹽體系的高貝利特水泥,二是硫鋁酸鹽體系的改性硫鋁酸鹽水泥。高貝利特水泥由于早期強度很低,它的應用局限于要求水化熱低的大體積混凝土,如大壩水泥,不能大范圍的推廣使用。改性硫鋁酸鹽水泥水化熱可調,而且早期強度比普通硅酸鹽水泥高,還具有優越的高強、抗凍、耐硫酸鹽腐蝕等特性,是目前國內外爭相研究的主要方向。


    目前,國際上低碳水泥品種很多,有Porsol水泥、Alinit水泥、Celitement水泥、日本生態水泥、多組分高混合材摻量水泥、高貝利特水泥、Aether水泥、BCT水泥等,下面簡單介紹一下Aether水泥。


    Aether水泥是由拉法基公司研制發明的,并已申報發明專利。拉法基水泥公司于2010年成立了Aether項目組,歷時3年(從2010年9月1日至2013年8月31日)進行了Aether低碳水泥的相關研究工作。Aether項目組完成了Aether水泥生產的2次工業試驗,證實了依托現有的水泥窯爐工業化規模生產Aether水泥的可行性。


    專業機構BRE(英國建筑科學研究院-英國領先的建筑專業技術中心)對Aether水泥的測試結果表明:由Aether水泥制備的混凝土擁有較高的早期抗壓強度,其6h抗壓強度可達20MPa左右,28d抗壓強度達到標準水泥(CEMⅠ52.5R)強度水平;該混凝土的尺寸收縮小于OPC配制混凝土的50%,尺寸穩定性高于OPC水泥制作的混凝土。


    2 開發具有發展潛力的新市場,擴大市場需求量


    特種水泥要想得到更廣闊的發展,必須積極開發新市場,擴大市場的需求量。比如硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥相比,具有很多特殊性能:


    ① 硫鋁酸鹽水泥有優異的早期強度,適用于搶修搶建工程使用;② 硫鋁酸鹽水泥抗凍性能好,非常適合用于冬季施工工程;③ 硫鋁酸鹽水泥石結構較致密,因此具有優異的抗滲性能,混凝土的抗滲性是同標號硅酸鹽水泥的2-3 倍,適合防水抗滲工程;④ 硫鋁酸鹽水泥抗腐蝕性能非常優異,特別對海水、氯鹽、硫酸鹽及其他復合鹽類具有極好的抗侵蝕能力,非常適合用于海洋工程的建設中。


    這些特殊的性能使工程能夠在極端環境下、或有特殊要求的情況下保質保量的完成,為開發新市場提供了良好的基礎。


    (1)修補工程


    我國建筑業雖然正值高峰期,但是由于建筑質量問題較普遍的發生,混凝土修補業也正悄然興起。硫鋁酸鹽水泥具有快硬、高強、膨脹、抗凍、耐蝕和粘結性好等優良險能,且其價格與有機高分子材料相比要低得多,因此它在未來的歲月里必將作為具有很強競爭力的混凝土修補材料而展示出樂觀前景。但這種水泥凝結速度較快,在一些如修補、灌漿的工程中,若凝結時間太短則不利于施工,但在另一些如止水堵漏的工程中,硫鋁酸鹽水泥的凝結硬化速度又顯得較慢,1小時~幾小時的強度不夠甚至沒有。因此,為了充分發揮硫鋁酸鹽水泥的潛能,擴大其應用范圍,針對具體的工程性質對其凝結硬化速度、強度、膨脹性、粘結性、施工的稠度等性能進行適當調整是必要的。


    (2)海洋工程


    隨著陸地自然資源的短缺,人類向海洋索取資源是必然的趨勢,加快海洋資源的開發利用已成為我國重要的發展戰略取向之一。因此兼具快硬早強、抗凍、抗滲和抗海水腐蝕性能的硫鋁酸鹽水泥隨著海洋工程建設規模的日益擴大,其需求量也必將愈來愈大。


    3 傳統工業與互聯網相結合


    在當前,工業領域大數據的引入、商業智能的興起,是應對經濟新常態背景下嚴酷的市場競爭和加速產業轉型升級的迫切需要。利用互聯網技術,通過數據、知識的整合實現無所不在的創新,將改變我們對傳統工業的認識,也將改變傳統工業本身的運行模式。盡管互聯網還沒有全面輻射到工業領域,但是隨著國家對工業互聯網的重視,互聯網必將成為水泥行業新的創新發展模式。特種水泥行業應該借此機會,以電子商務為抓手,發展第三方服務,向價值鏈高端延伸,適應行業“新常態”,加速推動行業從傳統制造業向生產服務業的新商業模式順利轉型。


    綜上所述,未來我們行業要密切聯系工程實際,開發出更多先進、實用的特種水泥品種,如:極端環境下重大工程用水泥基材料、極端環境下重大工程水泥混凝土、節能綠色結構-功能一體化建筑材料、低碳膠凝材料。形成現代化的特種水泥工業體系,從而推動特種水泥行業的可持續發展。

    (來源:中國混凝土與水泥制品協會特種水泥混凝土工程材料分會


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