低熱硅酸鹽水泥成功實(shí)現(xiàn)在國(guó)家重點(diǎn)水電工程規(guī)模應(yīng)用

  研制和開(kāi)發(fā)新品種水泥是中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院（簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)建材總院）的強(qiáng)項(xiàng)。經(jīng)過(guò)60年幾代人的努力，已成功研制出6大體系7大類(lèi)共60余個(gè)特種水泥品種，很好地滿足了我國(guó)水電、石油、核電等重點(diǎn)工程建設(shè)的需要。同時(shí)，也使我國(guó)在特種水泥的理論研究、品種數(shù)量及應(yīng)用等方面跨入了世界先進(jìn)行列。

  高性能低熱硅酸鹽水泥（又稱(chēng)高貝利特水泥）的誕生，是中國(guó)建材總院近十年來(lái)取得的一項(xiàng)重大研究成果，它很好地滿足我國(guó)重點(diǎn)工程混凝土高抗裂、高耐久、長(zhǎng)壽命要求，已在三峽、向家壩、溪洛渡等重點(diǎn)水電工程建設(shè)中得到規(guī)模應(yīng)用。作為一種全新的水泥品種，能被市場(chǎng)逐步認(rèn)同并獲得發(fā)展實(shí)屬不易，這與中國(guó)建材總院擁有一支優(yōu)秀的研發(fā)隊(duì)伍、深厚的技術(shù)研發(fā)底蘊(yùn)和各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持密不可分，同時(shí)也是理論研究、生產(chǎn)和工程實(shí)際緊密結(jié)合的具體體現(xiàn)。

  瞄準(zhǔn)行業(yè)科技前沿，開(kāi)發(fā)國(guó)際領(lǐng)先成果

  自上世紀(jì)70年代以來(lái)，出于水泥工業(yè)節(jié)能減排和提高混凝土耐久性需要，以貝利特為主導(dǎo)礦物的高貝利特水泥（低熱硅酸鹽水泥）體系的研究一直是國(guó)內(nèi)外研發(fā)熱點(diǎn)，德國(guó)、日本、印度、瑞典等國(guó)家都曾開(kāi)展過(guò)相關(guān)的研究工作，但未能有效解決貝利特礦物的穩(wěn)定與活化關(guān)鍵技術(shù)，導(dǎo)致水泥強(qiáng)度低，難以達(dá)到建筑工程對(duì)于強(qiáng)度性能的要求，制約了該體系水泥的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模應(yīng)用。

  在中國(guó)，國(guó)家“九五”到“十二五”科技攻關(guān)期間，中國(guó)建材總院攜手中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、四川嘉華企業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司等單位開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，踏上了低熱硅酸鹽水泥制備和應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)征程。眾所周知，要推動(dòng)低熱硅酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)化，就必須解決由于C2S含量高導(dǎo)致水泥強(qiáng)度低這一關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)其商用價(jià)值。在經(jīng)過(guò)艱苦試驗(yàn)研究階段，設(shè)計(jì)、配料、燒結(jié)、破碎成型、強(qiáng)度試驗(yàn)和結(jié)果分析等，方案一個(gè)接一個(gè)上，結(jié)果一個(gè)接一個(gè)出，反反復(fù)復(fù)，歷時(shí)數(shù)年數(shù)千次的試驗(yàn)，終于攻克貝利特礦物活化和高活性晶型的常溫穩(wěn)定兩大國(guó)際難題，成功開(kāi)發(fā)出以硅酸二鈣（C2S≥50%）為主導(dǎo)礦物的高性能低熱硅酸鹽水泥。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所研制的新產(chǎn)品28天強(qiáng)度達(dá)到50MPa，90d及其后齡期強(qiáng)度高出通用硅酸鹽水泥10MPa，而水化放熱比通用硅酸鹽水泥低30%以上，真正實(shí)現(xiàn)了水泥低熱、高強(qiáng)的質(zhì)的飛躍。這一創(chuàng)新性成果，在國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究中處于國(guó)際領(lǐng)先水平，榮獲2006年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

  在取得階段成果基礎(chǔ)上，中國(guó)建材總院又組織制定了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的低熱硅酸鹽水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 200-2003），其28天強(qiáng)度指標(biāo)比美國(guó)、日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)高1～2個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，即10～20MPa（見(jiàn)表1）。形成了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能低熱硅酸鹽水泥（高貝利特水泥）制備和應(yīng)用技術(shù)體系，為低熱硅酸鹽水泥應(yīng)用于各類(lèi)重點(diǎn)工程建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

  突破新型干法制備關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)成果產(chǎn)業(yè)化

  一種新材料或新產(chǎn)品的誕生都要經(jīng)歷從研究、生產(chǎn)到被市場(chǎng)認(rèn)可的艱苦歷程，其認(rèn)同度取決于材料的質(zhì)量、性能、成本等因素。如一項(xiàng)成果僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段而不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是沒(méi)有任何實(shí)用價(jià)值。為推動(dòng)低熱硅酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，項(xiàng)目組除了對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行充分的小型中試和模擬、分析論證外，“十二五”以來(lái)，在成果實(shí)施中積極尋求與四川嘉華企業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司等國(guó)內(nèi)技術(shù)力量較強(qiáng)的企業(yè)作為合作伙伴，開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，不斷發(fā)現(xiàn)并攻克水泥工業(yè)大窯生產(chǎn)技術(shù)難題，使低熱硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)不斷得到提升。在工業(yè)化制備中，通過(guò)離子摻雜、優(yōu)化熟料燒成關(guān)鍵參數(shù)、調(diào)控冷卻速度等技術(shù)措施，形成了低熱硅酸鹽水泥在新型干法制備的關(guān)鍵技術(shù)成果，先后實(shí)現(xiàn)在1000t/d、2000t/d、2500t/d和4000t/d新型干法窯穩(wěn)定生產(chǎn)，不僅提升了低熱硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝裝備水平，而且滿足了重點(diǎn)工程建設(shè)對(duì)質(zhì)量和供應(yīng)保障要求。實(shí)踐表明，低熱硅酸鹽水泥具有低資源能源消耗、低環(huán)境負(fù)荷等特點(diǎn)，與通用硅酸鹽水泥相比，其燒成溫度降低100℃左右，燒成過(guò)程中CO2排放量降低10%。

  研發(fā)新型大壩混凝土技術(shù)，推進(jìn)工程化應(yīng)用

  十余年來(lái)，中國(guó)建材總院一直致力于推動(dòng)這一科技成果的工程化，通過(guò)與中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司、中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院等單位緊密合作，系統(tǒng)研發(fā)低熱硅酸鹽水泥在大壩混凝土中的應(yīng)用技術(shù)。研究表明，低熱硅酸鹽水泥具有良好的工作性、低水化熱、高后期強(qiáng)度、高耐久、高耐侵蝕等特性，由其配制的大壩混凝土抗裂性能優(yōu)于中熱硅酸鹽水泥大壩混凝土，為解決大體積混凝土由于溫度應(yīng)力而導(dǎo)致的開(kāi)裂問(wèn)題提供了更好的技術(shù)途徑，具有很高的理論與應(yīng)用價(jià)值。

  艱辛的付出終獲回報(bào)。目前，低熱硅酸鹽水泥已在國(guó)內(nèi)十余個(gè)大型水電站的大壩主體、導(dǎo)流洞封堵、泄洪洞、消力池以及膠凝材料用量高、溫控難度大的工程部位大量使用。工程應(yīng)用表明，低熱硅酸鹽水泥具有明顯的低熱特點(diǎn)，溫升小且溫峰出現(xiàn)時(shí)間推遲（絕熱溫升降低5℃~ 10℃），自生體積變形為微膨脹，綜合抗裂性能優(yōu)于中熱水泥混凝土，對(duì)大體積混凝土溫控防裂有利。目前，高性能低熱硅酸鹽水泥已列入金沙江領(lǐng)域的白鶴灘、烏東德水電站和大渡河領(lǐng)域猴子巖水電站等國(guó)內(nèi)巨型水電站大壩主體工程選用材料方案，工程前期的試驗(yàn)工作正在進(jìn)行中。

  高性能低熱硅酸鹽水泥的縱深研究和發(fā)展，一方面要致力于進(jìn)一步完善其系統(tǒng)基礎(chǔ)理論；另一方面要加強(qiáng)生產(chǎn)和應(yīng)用研究，以擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域和使用量，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，以適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，將高性能低熱硅酸鹽水泥這一符合國(guó)際水泥工業(yè)發(fā)展方向的新型膠凝材料的研究和應(yīng)用提高到一個(gè)嶄新的階段。