低熱硅酸鹽水泥成功實現(xiàn)在國家重點水電工程規(guī)模應用

  研制和開發(fā)新品種水泥是中國建筑材料科學研究總院（簡稱中國建材總院）的強項。經過60年幾代人的努力，已成功研制出6大體系7大類共60余個特種水泥品種，很好地滿足了我國水電、石油、核電等重點工程建設的需要。同時，也使我國在特種水泥的理論研究、品種數(shù)量及應用等方面跨入了世界先進行列。

  高性能低熱硅酸鹽水泥（又稱高貝利特水泥）的誕生，是中國建材總院近十年來取得的一項重大研究成果，它很好地滿足我國重點工程混凝土高抗裂、高耐久、長壽命要求，已在三峽、向家壩、溪洛渡等重點水電工程建設中得到規(guī)模應用。作為一種全新的水泥品種，能被市場逐步認同并獲得發(fā)展實屬不易，這與中國建材總院擁有一支優(yōu)秀的研發(fā)隊伍、深厚的技術研發(fā)底蘊和各級領導的大力支持密不可分，同時也是理論研究、生產和工程實際緊密結合的具體體現(xiàn)。

  瞄準行業(yè)科技前沿，開發(fā)國際領先成果

  自上世紀70年代以來，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內外研發(fā)熱點，德國、日本、印度、瑞典等國家都曾開展過相關的研究工作，但未能有效解決貝利特礦物的穩(wěn)定與活化關鍵技術，導致水泥強度低，難以達到建筑工程對于強度性能的要求，制約了該體系水泥的產業(yè)化和規(guī)模應用。

  在中國，國家“九五”到“十二五”科技攻關期間，中國建材總院攜手中國長江三峽集團公司、中國水利水電科學研究院、四川嘉華企業(yè)（集團）股份有限公司等單位開展產學研聯(lián)合攻關，踏上了低熱硅酸鹽水泥制備和應用技術的研發(fā)征程。眾所周知，要推動低熱硅酸鹽水泥產業(yè)化，就必須解決由于C2S含量高導致水泥強度低這一關鍵技術難題，實現(xiàn)其商用價值。在經過艱苦試驗研究階段，設計、配料、燒結、破碎成型、強度試驗和結果分析等，方案一個接一個上，結果一個接一個出，反反復復，歷時數(shù)年數(shù)千次的試驗，終于攻克貝利特礦物活化和高活性晶型的常溫穩(wěn)定兩大國際難題，成功開發(fā)出以硅酸二鈣（C2S≥50%）為主導礦物的高性能低熱硅酸鹽水泥。實驗結果顯示，所研制的新產品28天強度達到50MPa，90d及其后齡期強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，真正實現(xiàn)了水泥低熱、高強的質的飛躍。這一創(chuàng)新性成果，在國內外同類研究中處于國際領先水平，榮獲2006年度國家技術發(fā)明獎二等獎。

  在取得階段成果基礎上，中國建材總院又組織制定了具有國際領先水平的低熱硅酸鹽水泥國家標準（GB 200-2003），其28天強度指標比美國、日本相關標準高1～2個強度等級，即10～20MPa（見表1）。形成了具有我國自主知識產權的高性能低熱硅酸鹽水泥（高貝利特水泥）制備和應用技術體系，為低熱硅酸鹽水泥應用于各類重點工程建設奠定了基礎。

  突破新型干法制備關鍵技術，推動成果產業(yè)化

  一種新材料或新產品的誕生都要經歷從研究、生產到被市場認可的艱苦歷程，其認同度取決于材料的質量、性能、成本等因素。如一項成果僅停留在實驗室階段而不能實現(xiàn)產業(yè)化，是沒有任何實用價值。為推動低熱硅酸鹽水泥產業(yè)化進程，項目組除了對技術方案進行充分的小型中試和模擬、分析論證外，“十二五”以來，在成果實施中積極尋求與四川嘉華企業(yè)（集團）股份有限公司等國內技術力量較強的企業(yè)作為合作伙伴，開展聯(lián)合攻關，不斷發(fā)現(xiàn)并攻克水泥工業(yè)大窯生產技術難題，使低熱硅酸鹽水泥生產技術不斷得到提升。在工業(yè)化制備中，通過離子摻雜、優(yōu)化熟料燒成關鍵參數(shù)、調控冷卻速度等技術措施，形成了低熱硅酸鹽水泥在新型干法制備的關鍵技術成果，先后實現(xiàn)在1000t/d、2000t/d、2500t/d和4000t/d新型干法窯穩(wěn)定生產，不僅提升了低熱硅酸鹽水泥的生產工藝裝備水平，而且滿足了重點工程建設對質量和供應保障要求。實踐表明，低熱硅酸鹽水泥具有低資源能源消耗、低環(huán)境負荷等特點，與通用硅酸鹽水泥相比，其燒成溫度降低100℃左右，燒成過程中CO2排放量降低10%。

  研發(fā)新型大壩混凝土技術，推進工程化應用

  十余年來，中國建材總院一直致力于推動這一科技成果的工程化，通過與中國長江三峽集團公司、中國國電集團公司、中國水利水電科學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用技術。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力而導致的開裂問題提供了更好的技術途徑，具有很高的理論與應用價值。

  艱辛的付出終獲回報。目前，低熱硅酸鹽水泥已在國內十余個大型水電站的大壩主體、導流洞封堵、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。工程應用表明，低熱硅酸鹽水泥具有明顯的低熱特點，溫升小且溫峰出現(xiàn)時間推遲（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域的白鶴灘、烏東德水電站和大渡河領域猴子巖水電站等國內巨型水電站大壩主體工程選用材料方案，工程前期的試驗工作正在進行中。

  高性能低熱硅酸鹽水泥的縱深研究和發(fā)展，一方面要致力于進一步完善其系統(tǒng)基礎理論；另一方面要加強生產和應用研究，以擴大其應用領域和使用量，不斷提高產品質量和降低生產成本，以適應市場需求，提高社會和經濟效益，將高性能低熱硅酸鹽水泥這一符合國際水泥工業(yè)發(fā)展方向的新型膠凝材料的研究和應用提高到一個嶄新的階段。