王燕謀：新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的發(fā)展

編者按：王燕謀在由建材工業(yè)技術情報研究所主辦、堯柏特種水泥集團有限公司承辦的 “中國特種水泥發(fā)展與應用高峰論壇”上做了題為“新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的發(fā)展”主題報告。王燕謀是我國特種水泥研發(fā)工作領導者、組織者、實踐者，是老前輩，功績卓著。國務院下發(fā)《關于化解產能嚴重過剩矛盾的指導意見》（國發(fā)〔2013〕41號）明確要求，鼓勵依托現(xiàn)有水泥生產線，綜合利用廢渣發(fā)展高標號水泥和滿足海洋、港口、核電、隧道等工程需要的特種水泥等新產品?，F(xiàn)在，中國是世界上擁有硫（鐵）鋁酸鹽水泥產業(yè)和硫鋁酸鹽水泥國家標準的唯一國家。王燕謀對在建材工業(yè)技術情報所領導下已經建成新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥開發(fā)平臺寄予厚望。相信新平臺一定能在老前輩所開創(chuàng)特種水泥產業(yè)基礎上發(fā)展壯大，實現(xiàn)特種水泥產業(yè)的高質量發(fā)展。

以下是王燕謀報告全文

新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的發(fā)展

——在2018年12月西安召開的全國特種水泥發(fā)展與應用高峰論壇上的主題報告

原國家建材局局長 王燕謀

在以習近平同志為核心的黨中央領導下，中國社會主義建設進入了新時代，硫（鐵）鋁酸鹽水泥產業(yè)迎來了新的發(fā)展機遇。

一、水泥行業(yè)新形勢

進入新世紀后，中國水泥行業(yè)發(fā)生了預分解窯新型干法生產建設新高潮，生產技術水平迅速提升，水泥產量大幅增長，2001年到2017年的水泥產量變化曲線示于圖1。從該圖可看出，我國水泥產量從2005年開始快速增長，到2014年出現(xiàn)拐點，峰值為24.8億噸，此后便在波動中穩(wěn)定下滑。水泥不能久儲，企業(yè)都是以銷定產，產量基本可以代表需求量，產量的峰值基本可代表消費量的峰值。

圖1 2001年-2017年我國水泥產量變化

世界上工業(yè)發(fā)達國家和一些新興國家水泥工業(yè)發(fā)展也經歷過同樣的軌跡，消費量快速增長后出現(xiàn)拐點，然后穩(wěn)步下滑，只是出現(xiàn)消費峰值的年代有所不同，而達到峰值時的人均積累消費量則是在同一個水平上，具體數(shù)據(jù)示于表1。

表1 中國與其他國家水泥消費峰值比較

消費量的變化充分說明，我國水泥工業(yè)也已步發(fā)達國家和一些新興國家之后塵，進入穩(wěn)定下滑的發(fā)展階段，正面臨著產能過剩的新常態(tài)。

按“十四大”以來中共中央闡明的社會主義市場經濟理論，應對產能過剩的辦法是：充分發(fā)揮市場機制的作用，通過競爭優(yōu)勝略汰；加強政府的依法監(jiān)管。目前，我國水泥企業(yè)都在大力推進技術創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，力爭在競爭中取勝。

水泥行業(yè)另一個新形勢是環(huán)境和生態(tài)制約因素愈加明顯，生產環(huán)保法定指標愈來愈高，礦山開采許可愈加嚴格。為應對環(huán)境和生態(tài)制約，一些企業(yè)已開始調整生產布局，將生產線由環(huán)保負荷高的城市搬遷到環(huán)保負荷低的偏僻山區(qū)；有的還到國外建廠。

硫（鐵）鋁酸鹽水泥是有待進一步開發(fā)的新產業(yè)，綠色生產成本較低，新形勢對硫（鐵）鋁酸鹽水泥發(fā)展帶來的既有挑戰(zhàn)也有機遇。

二、建筑土木工程業(yè)的新動向

進入新時代，全國各行各業(yè)都朝著“中國夢”的宏偉目標、按中共中央“五位一體”的總體布局，調整方向，努力奮進，快速發(fā)展。在這大發(fā)展的洪流中，可以看到建筑土木工程業(yè)萌發(fā)的新動向，對水泥工業(yè)提出的新要求。

1. 海洋工程 地球面積的70%是海洋，向海洋索取資源是人類社會發(fā)展的必然。中共“十八大”和“十九大”都提出要創(chuàng)建海洋強國。在海洋造地、采油、風力發(fā)電和養(yǎng)殖等產業(yè)正快速興起，海港和海上橋梁等建設工程日益增多。這些設施的建設都需要具有耐海水腐蝕性能的水泥。

2. 負溫施工工程 我國曾在南極建設長城、中山、昆侖和泰山等考察站，近期正在建設機場，南極旅游業(yè)也在穩(wěn)步推進。在“一帶一路”倡議下，我國已啟動開辟北冰洋航線，建立亞歐之間最便捷的海上運輸通道。在南、北極的開發(fā)中必定有許多負溫施工工程。我國北方地區(qū)，早就推行負溫施工。隨著該地區(qū)的經濟騰飛，其工程規(guī)模將迅速擴大。各種工程的負溫施工都須由快硬和抗凍性能優(yōu)良的水泥來保證。

3. 房屋建筑工程 在數(shù)字化時代，傳統(tǒng)的建筑方式正在轉變，房屋建筑工程朝著工廠化生產和現(xiàn)場模塊式裝配的現(xiàn)代技術方向發(fā)展。按這種建造方式，須在工廠生產各種各樣的建筑構件和混凝土制品。為提高生產效率、降低成本，需要價格合理的快硬高強水泥。這是一個量大面廣的水泥需求的改變，對此應給與足夠的關注。

4. 修補工程 新中國成立后已經69年，改革開放也有40年，工程積累巨大，須修補的工程日益增多。特別是公路、鐵路、機場和 海港等交通工程設施的搶修，不僅工作量巨大，而且時間緊迫。修補工程在國內外都是一個重要產業(yè)，須有配套的技術和相應的材料，所用的水泥要具有快硬、膨脹性能。

5. 環(huán)境美化工程 隨著各地政府對生態(tài)文明建設力度的加大和旅游業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境美化工程產業(yè)異軍突起，建筑浮雕、人造塑像、紀念模型和異形配件等藝術品遍及城鄉(xiāng)，其工程量逐年增多，前景看好。美化工程需用可塑性極佳的GRC材料。

硫（鐵）鋁酸鹽水泥具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能、負溫施工性能、快硬高強性能、膨脹性能、防水性能和低堿性能等等。建筑土木工程業(yè)的新動向給硫（鐵）鋁酸鹽水泥帶來巨大的商機。

三、硫（鐵）鋁酸鹽水泥的研究

研究分三個方面：理論研究、應用研究和生產與應用開發(fā)。

1. 理論研究

在理論研究中有一系列新的發(fā)現(xiàn)。

在物相研究中發(fā)現(xiàn)了兩個有效相組成：

C₄A₃`S+C₂S

C₄A₃`S+C₂S+C₆AF₂

在形成動力學研究中發(fā)現(xiàn)了下列有價值的理論：

惰性C₂AS與CaSO₄可反應生成活性的C₄A₃`S和C₂S；C₆AF₂由C₂F連續(xù)固溶Al₂O₃和Fe₂O₃而形成，是C₂F-C₆A₂F固溶體系列之一。

一般情況下，C₄A₃`S與C<sub>3</sub>S不能共存，但在CaF<sub>2</sub>介入條件下，C<sub>4</sub>A<sub>3</sub>`S可與C₃S共存；硫（鐵）鋁酸鹽水泥熟料礦物都是通過固相反應形成。[Page]

2. 應用研究

在應用研究中取得一系列實用成果。

發(fā)現(xiàn)選用低品位礬土、石膏和石灰石做原料可制得以C₄A₃`S和C<sub>2</sub>S為主要礦物組成的硫鋁酸鹽水泥熟料；發(fā)現(xiàn)選用鐵礬土、石膏和石灰石或低品位礬土、鐵礦、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為礦物組成的鐵鋁酸鹽水泥熟料；發(fā)現(xiàn)硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥都具有快硬、高強、膨脹、抗凍、水化熱集中釋放、耐腐蝕和防水等等建筑特性。然而，鐵鋁酸鹽水泥在性能上比硫鋁酸鹽水泥更具優(yōu)勢：制品表面不起粉；無早期鋼筋銹斑；膨脹期較短，耐海水侵蝕性能更好。硫鋁酸鹽水泥與鐵鋁酸鹽水泥相比，其主要特點是水化液相pH值較低，可制作耐久性優(yōu)異的GRC制品。

3. 生產與應用開發(fā)

硫（鐵）鋁酸鹽水泥熟料最早是在年產2萬-3萬噸中空干法回轉窯上試制成功的。其后，逐步提升到年產9萬-10萬噸的立筒預熱器窯和年產30萬噸的預分解窯新型干法生產線上進行生產。通過技術入股和技術轉讓，不斷發(fā)展硫（鐵）鋁酸鹽水泥生產。1997年全中國有15個硫（鐵）鋁酸鹽水泥廠，年總產量近100萬噸，一個水泥新型產業(yè)的雛形已經形成。經過20年市場錘煉，2017年硫（鐵）鋁酸鹽水泥廠有19個，總產量保持在130萬噸左右。

根據(jù)硫（鐵）鋁酸鹽水泥特性，在生產開發(fā)的同時，進行應用開發(fā)。

（1）1978年12月，用快硬硫鋁酸鹽水泥建造的國家海洋局大樓，如圖2。該樓已安全使用40年。

圖2 國家海洋局大樓

（2）1994年10月用快硬鐵鋁酸鹽水泥建造的沈陽遼寧物產科貿大廈，如圖3。該樓100m高，28層，建筑面積4萬m2，已安全使用24年。

圖3 遼寧物產科貿大廈

（3）1983年初采用快硬鐵鋁酸鹽水泥建造的福建東山島南門海堤，如圖4。已安全使用35年。

圖4 東山島南門海堤

（4）1984年采用快硬硫鋁酸鹽水泥建造的中國南極長城站，如圖5。已安全使用34年。

圖5 中國南極長城站

（5）1993年采用快硬鐵鋁酸鹽水泥生產預應力混凝土梁，如圖6。用于建造北京立交橋，如燕莎橋、蘇州橋和航天橋等等。已安全使用25年。

圖6 用于建造北京立交橋的混凝土梁

（6）20世紀90年代采用快硬鐵鋁酸鹽水泥生產的下水管，如圖7。至今仍在大批量生產，已有20多年歷史。

圖7 混凝土下水管

（7）2009年采用快硬硫鋁酸鹽水泥搶修天安門金水橋，如圖8。至今已有9年，仍在使用。

圖8 修復的天安門金水橋

（8）用GRC弧形外墻板建造的北京亞運村五洲大酒店，如圖9。亞運會前建造的弧形外墻板至今完好無損。

圖9 北京亞運村五洲大酒店

在理論研究和應用研究的基礎上，硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產與應用開發(fā)取得了很大進展，一個水泥新品種產業(yè)在中國已經形成，一批相應的建筑物已經歷數(shù)十年耐久性考驗。

然而，近20年來，硫（鐵）鋁酸鹽水泥產業(yè)成長不快，至今體量不大，年產量一直維持在100萬-150萬噸之間。究其原因，主要是生成與應用開發(fā)工作做得不夠。生產技術停留在小型回轉窯階段，不能發(fā)揮出該水泥的環(huán)保優(yōu)勢；應用開發(fā)工作未能做到制定出各種工程應用的設計規(guī)范和施工規(guī)程，因此工程單位無法普遍大量地采用該種水泥。硫（鐵）鋁酸鹽水泥的技術與應用開發(fā)工作亟待繼續(xù)。[Page]

四、新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的開發(fā)平臺

工信部授權建材工業(yè)技術情報研究所的產業(yè)技術基礎公共服務平臺已選擇硫（鐵）鋁酸鹽水泥的研究和開發(fā)作為主要方向之一，并開展了大量具有重要意義的工作。

1. 發(fā)掘應用成果

2018年，赴福建東山島實地考察了34年前簡稱的南門海堤，采訪了當時當?shù)氐氖┕と藛T；經過努力，采訪到了建造南極長城站的工程技術人員，取得了一手資料；約請工程負責人，一起考察了24年前建造北京西三環(huán)航天橋。

通過考察和采訪，發(fā)掘和完善了硫（鐵）鋁酸鹽水泥的應用開發(fā)成果，為進一步開發(fā)工作創(chuàng)造了必要條件。

2. 生產和技術開發(fā)

與堯柏集團合作，在3200t/d預分解窯上試燒硫（鐵）鋁酸鹽水泥熟料。通過這次試燒得出，與硅酸鹽水泥熟料相比，可節(jié)煤31%，減排CO2 30%，減排NOx 70%，SO2為零排放。這些數(shù)據(jù)的得出，對緩解硫（鐵）鋁酸鹽水泥企業(yè)環(huán)保壓力很有利，普遍實行碳交易后，水泥生產成本可進一步下降。

堯柏集團是大型水泥企業(yè)，中國建材技術情報所是工信部授權的產業(yè)服務平臺，兩者合作對硫（鐵）鋁酸鹽水泥的進一步研發(fā)和產業(yè)的快速壯大有著重要意義。

3. 信息溝通

開辦培訓班、與政府部門溝通、爭取協(xié)會支持、發(fā)布藍皮書等等工作已經展開，并已初見成效，工信部已將硫（鐵）鋁酸鹽水泥列入鼓勵發(fā)展應用的技術和產品目錄。信息溝通工作對尋求政府支持、吸引風險投資和組織使用單位參與都將發(fā)揮重要作用。

新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥開發(fā)平臺在建材工業(yè)技術情報所領導下已經建成，并已開展大量有效工作，本人對此感到十分欣慰，將積極盡力支持。期盼這個平臺能實行科研、生產、應用三方緊密結合，順應水泥行業(yè)新形勢，抓住現(xiàn)代建筑土木工程業(yè)新動向，將硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產與應用開發(fā)工作加快進行下去，在市場拓展中，水泥產量在近期內有較大增長，生產技術有較大提高。此外，希望硫（鐵）鋁酸鹽水泥技術平臺，還應發(fā)展成融資和企業(yè)重組平臺，吸引大企業(yè)資金和社會風險投資，助推企業(yè)兼并重組，促進技術開發(fā)和擴大生產，使這個新興產業(yè)盡快發(fā)展壯大。

在紀念改革開放四十周年的重要時刻，在古代陸路絲綢之路的起點--西安，召開特種水泥發(fā)展與應用高峰論壇，有著重要意義。中國人發(fā)明的硫（鐵）鋁酸鹽水泥在黨中央和國務院堅強領導下，在中華民族實現(xiàn)偉大復興的進程中將發(fā)出更加鮮麗的光彩，讓我們共同努力吧！