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高长明:我国对混合材的研发工作须要全盘部署和推进

大约半个多世纪以前,上世纪五、六十年代,国内外水泥界都认为水泥混合材是一种中性填充料,将其掺入水泥中,虽然会影响一些水泥强度,但却可以综合利用一些工业废料,如矿渣和粉煤灰等。只要适当控制其掺入量,生产32.542.5(或52.5)水泥,既可适当增加水泥产量,降低生产成本,同时完全可以满足各种建设工程对水泥性能的不同需求,颇受水泥生产和消费两方面的欢迎。

对水泥混合材的这种认知,在我国持续时间很长,一直延续到2015年,甚至到现在。在这期间我国水泥中混合材的掺入量不断增加,达到近40%32.5水泥的生产和消费在水泥总量中的占比随之上升到70%,熟料系数下降到0.58左右。致使我国成为世界上水泥中熟料含量最少的国家,水泥的平均实物性能和强度最低,加以假冒伪劣水泥的阴魂不散,造成我国水泥的整体品质不佳,尤其是32.5水泥的声誉每况愈下的境地。2016年有一些企业家提出,主张取消全部32.5水泥,水泥应向高标号化发展。这种矫枉过正的主张,尽管受到大多数科技人员的异议,但是国家水泥标准委员会仍然通过了标准修改单,相继取消了32.5复合水泥和32.5R复合水泥标准。因为还有32.5矿渣和32.5粉煤灰水泥标准的存在,加之客观情况的需要,实际上对32.5水泥生产使用占比的影响不大,市场形势基本未改变多少。

2000年左右,德国首先研发得知,细磨矿渣具有一定的胶凝性能,可以部分替代熟料的功能,最高能达50%,从而掀起了对各种混合材进行深加工,激发其潜在水化活性和胶凝性,以期在不影响水泥基本性能和强度的前提下,尽量少用熟料,研发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传统认知,创新理念,应该把混合材看成为是一种类似于熟料的水泥组成中的一个较重要的材料。

在这个创新实践和革新理念的基础上,欧洲南美诸国深入开展了混合材性能的研发工作,至今已获得了一系列的相关成果,收获颇丰。主要表现为,在联合国所属的国际能源署IEA、水泥可持续发展倡议组织CSI和世界可持续发展工商理事会WBCSD,继2009年发布的《2050世界水泥工业发展技术路线图》和2018年发布的《水泥工业低碳转型技术路线图》对少用熟料,多用深加工混合材,降低熟料系数的技术途径的强力推荐中。于是在国际上,又将混合材性能的研发工作推向了一个新高潮。

最近意大利Master-Builders Solutions公司与德国BASF Construction Solutions公司联合研发小组,公布了其历时三年在该领域所获得的最新成果。该研究小组的探索目标主要有三项:1.研发混合材的潜在胶凝性能,确定混合材替代熟料的潜力最大有多少?在不影响传统水泥性能的前提下,甚至在改进水泥某些性能的同时,水泥熟料系数最多能降到多少?2.研发更有效的助磨剂,不仅有利于对混合材的深加工,在降低水泥粉磨电耗的同时,还能使水泥的颗粒组成型谱最优化。3.研发新型混凝土外加剂,采用较低标号的水泥(熟料系数较低)配制高性能的结构型混凝土(C30~C40或更高)。

该研发小组业已获得的阶段性成果有:1.深加工矿渣对熟料的替代功能已提高到50%~60%,粉煤灰的可达15%~20%,石灰石的可达5%~10%2.明确了煅烧粘土(低品位偏高岭土矿废料)很可能成为今后水泥混合材的“生力军”,前景可期。3.钢渣的潜力更大,虽然其技术难度高,但已创出工业规模生产的有效途径,各种炉渣和冶炼废渣的应用前景同样令人鼓舞。4.结合项目需要新研制的助磨剂,对降低水泥电耗和提升水泥性能效果令人满意。5.新型外加剂,在不片面追求早期强度的条件下,对混凝土的施工性能与耐久性能均有改进,可配制出C30~C40承重型混凝土。

另外德国Hoffmann Green Cement Technologies公司研制的LC水泥,其熟料系数降到0.50,碳足迹比传统水泥减少200~250kgCO2/t,降排近40%。其他还有近百份研究报告都肯定了开展混合材性能研发的重要性,以及其所获成果的积极意义,值得我国水泥界多加关注。兹不赘述。

最后结合到我国的现实情况,借鉴国际经验,笔者认为:

1.我国32.5水泥的占比的确太高,应于大幅削减,但不能削减为0(全部取消);以减到30%左右为宜。

2.我国水泥的熟料系数的确较低,应适当提高,但不能提高到0.90左右,只生产高标号水泥;以提到0.60为宜。

3.我们应该革新理念,紧跟国际发展趋势,把混合材看作为水泥组成中一种材料,加紧部署、推进和研发其潜在胶凝性能,部分替代熟料,为水泥工业的低碳转型做出应有的贡献。

4.如果我们固守几十年前的老经验,自动放弃对混合材性能的开拓研发,错失时机,这将是一个涉及我国水泥工业健康发展的大方向问题。为了避免走弯路或错路,必须广开言路,集思广益,科学慎审决策。(数字水泥网)


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