行业观点
从2017年度行业发展看特种水泥混凝土工程材料发展趋势
  • 发布时间:2017-12-29
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    中国经济进入中速发展新常态,水泥行业产量、产能严重过剩,产业结构快速调整,同时带来的环境承载和资源供给压力增大。“十二五”、“十三五”行业发展规划明确指出,水泥特种化是产业结构调整的重要方向。


    2016年我国水泥总产量达24.03亿吨。特种水泥作为我国水泥产业的重要组成部分,当前年产量约为4400多万吨,所占比重仅为水泥总量的1.86%左右,虽较去年有所提高,但这一数值与发达国家6%~10%的比重值有着明显差距,由此可见我国水泥工业的特种化程度还远远不够。


    随着我国社会经济的日益发展,人们的环保意识越来越高,绿色、生态、环保受到全世界各地政府、企事业和人民的高度重视。如何与生态环境相协调,促进社会和经济的可持续发展是关系民生的大事。目前,通用硅酸盐水泥越来越难以满足重点工程或特殊工程的施工要求,而特种工程材料的性能可以弥补这些不足,在生产过程中特种水泥可以充分利用工业废渣,既节约资源,又保护环境,在冬季施工、抢修抢建工程中能够用发挥重要的作用,并且随着海洋工程建设规模的日益扩大,特种水泥将迎来新的发展平台。


    发展趋势

    1 提高产品的技术水平,节能减排、绿色发展


    当前我国的水泥工业已进入构建资源节约和环境友好型的低碳绿色产业的新阶段,特种水泥的发展也应该适应这样的新形势,以节能、环保、绿色为主题,走可持续发展道路。与通用硅酸盐水泥行业相比,特种水泥行业发展还不成熟,生产工艺技术还较落后,综合能耗和环保指标还不理想,应用技术研究开发的力度也  不够,这已经严重影响到特种水泥行业的健康发展。为了与世界经济发展主题相符,走绿色发展之路,必须努力提高产品的生产技术水平,从原料的配料与煅烧技术、生产工艺设备与技术和工业废渣利用技术等方面实现特种水泥工业的节能减排。


    (1)原料的配料与煅烧技术


    从探索水泥矿物组成入手,研究开发新的节能型矿物,即低钙、低烧成的温度及易磨性好的矿物体系,采用新的煅烧工艺,实现低碳发展。例如为了减少水泥生产过程中的能源消耗和二氧化碳气体排放,国内外大规模兴起的对低铝高硅硫铝酸盐水泥的研究即贝利特硫铝酸盐水泥系列。


    (2)生产工艺设备与技术


    水泥生产过程中能耗和大气污染物排放的控制是水泥工业节能减排的重要步骤。例如硫铝酸盐水泥熟料的煅烧过程需要配入石膏,采用带预热器的窑炉进行煅烧时,生料与烟气在预热炉中进行热交换过程中能够吸收其中的二氧化硫,因此大大降低了二氧化硫的排放量。而用中空窑生产工艺进行生产,缺少了烟气与生料的热交换预热工艺,烟气中二氧化硫直接排放,将会造成环境污染。因此,我们必须利用先进技术对特种水泥生产工艺设备进行改造,如增加预热器、分解炉、收尘器等设施,降低特种水泥生产能耗,改善环境、降低污染,彻底改变落后的生产方式,为特种水泥企业的可持续发展开创新路。


    (3)工业废渣利用技术


    除了对特种水泥生产工艺及设备的改进达到节能减排的目的之外,利用工业废渣制备特种水泥也是特种水泥走绿色发展之路的一个重要方向。工业废渣作为排放量最大的固体废弃物,对自然环境造成的污染是巨大的。工业废渣的清洁化和资源化一直是广大科研工作人员研究的热点和重点,这直接关系到整个国民经济的健康循环发展。将工业废渣资源化利用于建材行业,一方面可以减轻工业废弃物对环境的负担,另一方面也能够降低水泥行业对自然资源的依赖程度,这对节能减排、保护环境具有很现实的意义。


    改性硫铝酸盐水泥原料可以使用含有CaO、Al2O3、SiO2、SO3、Fe2O3等化学成分的工业废渣,如粉煤灰、煤矸石、赤泥、工业石膏等替代天然原料。在熟料烧成中就可以80%以上使用工业废渣,有效的消纳和资源化利用工业废渣,这对解决我国大量工业渣占用土地资源、污染环境、造成安全隐患等问题具有重大的意义,十分契合国家大力发展循环经济的政策。


    (4)发展低碳水泥


    硫铝酸盐水泥相对硅酸水泥,石灰石配入量低20%左右,烧成温度低150℃左右,具有显着的碳排放低、能耗低的特点。2014年我国水泥产量24。76亿吨,熟料煅烧消耗标煤约2。476亿吨,CO2排放约18。64亿吨。如果水泥工业的能耗降低15%,CO2排放降低20%,将可以节约标煤0。37亿吨,减少CO2排放3。68亿吨。对国家节能减排将做出重大的贡献。


    目前,国内外热衷研究的低碳水泥主要有两个体系:一是硅酸盐体系的高贝利特水泥,二是硫铝酸盐体系的改性硫铝酸盐水泥。高贝利特水泥由于早期强度很低,它的应用局限于要求水化热低的大体积混凝土,如大坝水泥,不能大范围的推广使用。改性硫铝酸盐水泥水化热可调,而且早期强度比普通硅酸盐水泥高,还具有优越的高强、抗冻、耐硫酸盐腐蚀等特性,是目前国内外争相研究的主要方向。


    目前,国际上低碳水泥品种很多,有Porsol水泥、Alinit水泥、Celitement水泥、日本生态水泥、多组分高混合材掺量水泥、高贝利特水泥、Aether水泥、BCT水泥等,下面简单介绍一下Aether水泥。


    Aether水泥是由拉法基公司研制发明的,并已申报发明专利。拉法基水泥公司于2010年成立了Aether项目组,历时3年(从2010年9月1日至2013年8月31日)进行了Aether低碳水泥的相关研究工作。Aether项目组完成了Aether水泥生产的2次工业试验,证实了依托现有的水泥窑炉工业化规模生产Aether水泥的可行性。


    专业机构BRE(英国建筑科学研究院-英国领先的建筑专业技术中心)对Aether水泥的测试结果表明:由Aether水泥制备的混凝土拥有较高的早期抗压强度,其6h抗压强度可达20MPa左右,28d抗压强度达到标准水泥(CEMⅠ52.5R)强度水平;该混凝土的尺寸收缩小于OPC配制混凝土的50%,尺寸稳定性高于OPC水泥制作的混凝土。


    2 开发具有发展潜力的新市场,扩大市场需求量


    特种水泥要想得到更广阔的发展,必须积极开发新市场,扩大市场的需求量。比如硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,具有很多特殊性能:


    ① 硫铝酸盐水泥有优异的早期强度,适用于抢修抢建工程使用;② 硫铝酸盐水泥抗冻性能好,非常适合用于冬季施工工程;③ 硫铝酸盐水泥石结构较致密,因此具有优异的抗渗性能,混凝土的抗渗性是同标号硅酸盐水泥的2-3 倍,适合防水抗渗工程;④ 硫铝酸盐水泥抗腐蚀性能非常优异,特别对海水、氯盐、硫酸盐及其他复合盐类具有极好的抗侵蚀能力,非常适合用于海洋工程的建设中。


    这些特殊的性能使工程能够在极端环境下、或有特殊要求的情况下保质保量的完成,为开发新市场提供了良好的基础。


    (1)修补工程


    我国建筑业虽然正值高峰期,但是由于建筑质量问题较普遍的发生,混凝土修补业也正悄然兴起。硫铝酸盐水泥具有快硬、高强、膨胀、抗冻、耐蚀和粘结性好等优良险能,且其价格与有机高分子材料相比要低得多,因此它在未来的岁月里必将作为具有很强竞争力的混凝土修补材料而展示出乐观前景。但这种水泥凝结速度较快,在一些如修补、灌浆的工程中,若凝结时间太短则不利于施工,但在另一些如止水堵漏的工程中,硫铝酸盐水泥的凝结硬化速度又显得较慢,1小时~几小时的强度不够甚至没有。因此,为了充分发挥硫铝酸盐水泥的潜能,扩大其应用范围,针对具体的工程性质对其凝结硬化速度、强度、膨胀性、粘结性、施工的稠度等性能进行适当调整是必要的。


    (2)海洋工程


    随着陆地自然资源的短缺,人类向海洋索取资源是必然的趋势,加快海洋资源的开发利用已成为我国重要的发展战略取向之一。因此兼具快硬早强、抗冻、抗渗和抗海水腐蚀性能的硫铝酸盐水泥随着海洋工程建设规模的日益扩大,其需求量也必将愈来愈大。


    3 传统工业与互联网相结合


    在当前,工业领域大数据的引入、商业智能的兴起,是应对经济新常态背景下严酷的市场竞争和加速产业转型升级的迫切需要。利用互联网技术,通过数据、知识的整合实现无所不在的创新,将改变我们对传统工业的认识,也将改变传统工业本身的运行模式。尽管互联网还没有全面辐射到工业领域,但是随着国家对工业互联网的重视,互联网必将成为水泥行业新的创新发展模式。特种水泥行业应该借此机会,以电子商务为抓手,发展第三方服务,向价值链高端延伸,适应行业“新常态”,加速推动行业从传统制造业向生产服务业的新商业模式顺利转型。


    综上所述,未来我们行业要密切联系工程实际,开发出更多先进、实用的特种水泥品种,如:极端环境下重大工程用水泥基材料、极端环境下重大工程水泥混凝土、节能绿色结构-功能一体化建筑材料、低碳胶凝材料。形成现代化的特种水泥工业体系,从而推动特种水泥行业的可持续发展。

    (来源:中国混凝土与水泥制品协会特种水泥混凝土工程材料分会


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