高性能工程材料---磷鋁酸鹽特種水泥

　　一、概述

      21世紀(jì)所使用的材料，應(yīng)該是降低資源與能源消耗，減少污染與環(huán)境相容性好，具有高性能的材料。水泥是我國實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化所必需的重要材料之一。作為最大宗的傳統(tǒng)硅酸鹽水泥，170多年來，為人類進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)，但其生產(chǎn)高能耗、低效、環(huán)境相容性差、環(huán)境代價(jià)高的弊病，嚴(yán)重違背了我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。在世紀(jì)之交，本領(lǐng)域的國內(nèi)外學(xué)者為此都在致力于改進(jìn)、創(chuàng)新。 

　　1984年以來，在吸取了國內(nèi)外同行研究的基礎(chǔ)上，濟(jì)南大學(xué)開創(chuàng)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的、具有可持續(xù)發(fā)展特性的高性能磷鋁酸鹽凝膠材料體系（以下簡稱pALC）  （新品種水泥），并進(jìn)行了相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。通過研究，設(shè)計(jì)出了新相，三元磷鋁酸鹽化含物（現(xiàn)暫命名為L相），使磷鋁酸鹽新體系具有自己獨(dú)特的礦物組成，其主要結(jié)晶相有：新相Lss、CA(SS)和CxP。這一組合，賦予了該新體系若干的優(yōu)良膠凝特性，如：其膠砂試體具有高早強(qiáng)、周強(qiáng)及長期耐久性好。耐高溫及生物活性等性能。在實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)理論研究之后，研究組采用工業(yè)原料于1997年11月在我國天津水泥院實(shí)驗(yàn)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)廳了擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果十分令人滿意。研究證明：磷鋁酸鹽特種水泥體系可以采用現(xiàn)行生產(chǎn)硅酸鹽水泥的生產(chǎn)線（國產(chǎn)設(shè)備或進(jìn)口設(shè)備），其燃燒溫度比生產(chǎn)硅酸鹽水泥低50～70℃，  co2排放量小于后者的50％以上。該體系材料所用的原材料在國內(nèi)儲量豐富，方便易得。 

　　二、技術(shù)指標(biāo)及用途

      高性能磷鋁酸鹽膠凝材料體系采用不同的工藝、組成和設(shè)計(jì)，可以形成至少六個(gè)新品種材料：（1）高早強(qiáng)型；（2）高強(qiáng)型；（3）超快硬早強(qiáng)型；（4）復(fù)合型；（5）高溫耐火型；（6）醫(yī)用型---精細(xì)水硬生物水泥。其技術(shù)指標(biāo)及其用途分述如下：

      ①高早強(qiáng)型：6～8小時(shí)脫模；抗壓強(qiáng)度：  12小時(shí)，  35～65MPa；一年后穩(wěn)定在100MPa以上。 

　?、诟邚?qiáng)型：1天，～55MPa；3～28大，  85～95MPa：一年以后穩(wěn)定在100MPa以上。 

　?、鄢煊苍鐝?qiáng)型：硬化：5～10分鐘；抗壓強(qiáng)度：  30分鐘，  12～14  MPa；  1小時(shí)，  16～18MPa；3天，  50MPa；  28天，  ＞55MPa。 

　?、軓?fù)合型：與425”普通硅酸鹽水泥（以下簡稱0PC）復(fù)合，可使其提高至少一個(gè)標(biāo)號（即10MPa），成本僅增加15．00～25．00元／噸（0PC）。 

　?、莞邷匦停河不瘽{體可工作溫度：  1350～1600OC  （根據(jù)不同耐火骨料）。 

　?、坩t(yī)用型（精細(xì)水泥）：硬化：3～7分鐘；劈裂強(qiáng)度：  12～24MPa  （37℃，  24小時(shí)，  采用不同化工原料）。 

　　主要用途：可用作高層建筑承重材料、預(yù)制構(gòu)件、大跨橋梁、薄殼結(jié)構(gòu)、噴射工程、設(shè)備基礎(chǔ)澆灌、道路修補(bǔ)；優(yōu)質(zhì)防滲、堵漏材料；用于機(jī)場跑道、隧道）涵洞等工程；用于礦井。坑道、油井、錨固；水工工程。軍工工程；用于與硅酸鹽水泥復(fù)合，改善其強(qiáng)度和耐久性；用作不定形耐火材料的水泥粘合劑（用在冶金、建材，化工等窯爐及管道）；用作水硬性補(bǔ)齒、補(bǔ)骨水泥及牙托包埋水泥等。 

　　三、生產(chǎn)規(guī)模及利潤

估算水泥類型         產(chǎn)量（萬噸／年）      稅后利潤（萬元／年）

快硬，高強(qiáng)                 8．0                  1560～16000

錨固。堵漏、噴射        1．5                    2025～3000

耐火型                       0．5                    925～2200

精細(xì)水泥                      6噸                      61.6

總產(chǎn)量                      10.006                  4570～21260 

    四、市場

      目前，我國特種水泥產(chǎn)量僅占水泥總量（1998年統(tǒng)計(jì)：5．4億噸）的1%，而世界上發(fā)達(dá)國家占5～10％，其中快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)類占0．13%.其中高標(biāo)號（＞60MPa）水泥僅占0.07%.而世界上發(fā)達(dá)國家占4～8%。我國不定形耐火材料占總耐人材料量的30％（其中用于不定形耐火材料中的水泥主要為鋁酸鹽水泥），而世界上發(fā)達(dá)國家占70％左右。我國特種水泥產(chǎn)量不能滿足特殊工程需求，而高強(qiáng)水泥又嚴(yán)重短缺。  2000年，預(yù)計(jì)全國水泥需求約5．5億噸，年底實(shí)行國際標(biāo)準(zhǔn)后，低標(biāo)號水泥將壓縮約0．2億噸，缺口0．3億噸，缺口水泥主要是高標(biāo)號。高性能特種水泥。我國水泥生產(chǎn)在“九五”后兩年及“十五”做了調(diào)整，壓縮普通硅酸鹽水泥，發(fā)展特種水泥，預(yù)計(jì)我國特種水泥在2003年將達(dá)到4%。

     國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布的《“九五”國家重點(diǎn)技術(shù)開發(fā)指南》中將高性能水泥列為國家重點(diǎn)開發(fā)技術(shù)。  1999年10月國家經(jīng)貿(mào)委又組織編制了《近期行業(yè)技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)》，其中提出建材行業(yè)發(fā)展方向和重點(diǎn)包括“日產(chǎn)700～1000噸特種水泥和高性能水泥主產(chǎn)技術(shù)及裝備?！边@是為開發(fā)高性能混凝土而確立的配套技術(shù)。另外，據(jù)國家建材局1998年統(tǒng)計(jì)，在我國水泥總產(chǎn)量5．4億噸／年中，有至少60%是立窯生產(chǎn)的425#OPC水泥。在水泥產(chǎn)業(yè)向國際市場邁進(jìn)，水泥質(zhì)量檢測采用IS0標(biāo)準(zhǔn)，便相當(dāng)一部分比例的水泥質(zhì)量面臨不合格危機(jī)的情況下采用PALC與0PC復(fù)合，不僅可以使OPC的質(zhì)量穩(wěn)定得到保證，而且復(fù)合后，水泥混瞬土的耐久性獲得明顯提高。僅就這3．24億噸0PC  （按5．4億噸的60％計(jì)算）就為PALC展示了一個(gè)極為廣闊的市場。 

　　五、投資估算

      若按建新廠計(jì)，投資￥～7000萬元，若對φ1.6m× 1.9m×37m  （年生產(chǎn)能力約3萬噸）回轉(zhuǎn)窯改造，需投資約￥1200.00～1500．00萬元；若對φ2．4m×40m（年生產(chǎn)能力10萬噸）回轉(zhuǎn)窯改造，需投資約￥2000.00萬元。