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高長明: 我國對混合材的研發工作須要全盤部署和推進

來源:數字水泥網  發布時間:2019年05月29日

  大約半個多世紀以前,上世紀五、六十年代,國內外水泥界都認為水泥混合材是一種中性填充料,將其摻入水泥中,雖然會影響一些水泥強度,但卻可以綜合利用一些工業廢料,如礦渣和粉煤灰等。只要適當控制其摻入量,生產32.5和42.5(或52.5)水泥,既可適當增加水泥產量,降低生產成本,同時完全可以滿足各種建設工程對水泥性能的不同需求,頗受水泥生產和消費兩方面的歡迎。

  對水泥混合材的這種認知,在我國持續時間很長,一直延續到2015年,甚至到現在。在這期間我國水泥中混合材的摻入量不斷增加,達到近40%,32.5水泥的生產和消費在水泥總量中的占比隨之上升到70%,熟料系數下降到0.58左右。致使我國成為世界上水泥中熟料含量最少的國家,水泥的平均實物性能和強度最低,加以假冒偽劣水泥的陰魂不散,造成我國水泥的整體品質不佳,尤其是32.5水泥的聲譽每況愈下的境地。2016年有一些企業家提出,主張取消全部32.5水泥,水泥應向高標號化發展。這種矯枉過正的主張,盡管受到大多數科技人員的異議,但是國家水泥標準委員會仍然通過了標準修改單,相繼取消了32.5復合水泥和32.5 R復合水泥標準。因為還有32.5礦渣和32.5粉煤灰水泥標準的存在,加之客觀情況的需要,實際上對32.5水泥生產使用占比的影響不大,市場形勢基本未改變多少。

  2000年左右,德國首先研發得知,細磨礦渣具有一定的膠凝性能,可以部分替代熟料的功能,最高能達50%,從而掀起了對各種混合材進行深加工,激發其潛在水化活性和膠凝性,以期在不影響水泥基本性能和強度的前提下,盡量少用熟料,研發采用混合材替代部分熟料的序幕。革新混合材是中性填充料的傳統認知,創新理念,應該把混合材看成為是一種類似于熟料的水泥組成中的一個較重要的材料。

  在這個創新實踐和革新理念的基礎上,歐洲南美諸國深入開展了混合材性能的研發工作,至今已獲得了一系列的相關成果,收獲頗豐。主要表現為,在聯合國所屬的國際能源署IEA、水泥可持續發展倡議組織CSI和世界可持續發展工商理事會WBCSD,繼2009年發布的《2050世界水泥工業發展技術路線圖》和2018年發布的《水泥工業低碳轉型技術路線圖》對少用熟料,多用深加工混合材,降低熟料系數的技術途徑的強力推薦中。于是在國際上,又將混合材性能的研發工作推向了一個新高潮。

  最近意大利Master-Builders Solutions公司與德國 BASF Construction Solutions公司聯合研發小組,公布了其歷時三年在該領域所獲得的最新成果。該研究小組的探索目標主要有三項:1.研發混合材的潛在膠凝性能,確定混合材替代熟料的潛力最大有多少?在不影響傳統水泥性能的前提下,甚至在改進水泥某些性能的同時,水泥熟料系數最多能降到多少?2.研發更有效的助磨劑,不僅有利于對混合材的深加工,在降低水泥粉磨電耗的同時,還能使水泥的顆粒組成型譜最優化。3.研發新型混凝土外加劑,采用較低標號的水泥(熟料系數較低)配制高性能的結構型混凝土(C30~C40或更高)。

  該研發小組業已獲得的階段性成果有:1.深加工礦渣對熟料的替代功能已提高到50%~60%,粉煤灰的可達15%~20%,石灰石的可達5%~10%。2.明確了煅燒粘土(低品位偏高嶺土礦廢料)很可能成為今后水泥混合材的“生力軍”,前景可期。3.鋼渣的潛力更大,雖然其技術難度高,但已創出工業規模生產的有效途徑,各種爐渣和冶煉廢渣的應用前景同樣令人鼓舞。4.結合項目需要新研制的助磨劑,對降低水泥電耗和提升水泥性能效果令人滿意。5.新型外加劑,在不片面追求早期強度的條件下,對混凝土的施工性能與耐久性能均有改進,可配制出C30~C40承重型混凝土。

  另外德國 Hoffmann Green Cement Technologies公司研制的LC水泥,其熟料系數降到0.50,碳足跡比傳統水泥減少200~250 kg CO2/t, 降排近40%。其他還有近百份研究報告都肯定了開展混合材性能研發的重要性,以及其所獲成果的積極意義,值得我國水泥界多加關注。茲不贅述。

  最后結合到我國的現實情況,借鑒國際經驗,筆者認為:

  1.我國32.5水泥的占比的確太高,應于大幅削減,但不能削減為0(全部取消);以減到30%左右為宜。

  2.我國水泥的熟料系數的確較低,應適當提高,但不能提高到0.90左右,只生產高標號水泥;以提到0.60為宜。

  3.我們應該革新理念,緊跟國際發展趨勢,把混合材看作為水泥組成中一種材料,加緊部署、推進和研發其潛在膠凝性能,部分替代熟料,為水泥工業的低碳轉型做出應有的貢獻。

  4.如果我們固守幾十年前的老經驗,自動放棄對混合材性能的開拓研發,錯失時機,這將是一個涉及我國水泥工業健康發展的大方向問題。為了避免走彎路或錯路,必須廣開言路,集思廣益,科學慎審決策。

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