视频：低熟料用量高性能复合水泥制备技术

由国家建材技术图书馆、建筑材料工业技术情报研究所主办的“2021 第十五届水泥工业科技创新技术交流峰会”于2021年12月20日至22日在山东枣庄顺利召开并圆满闭幕，峰会规模盛大，线下约600水泥同仁，线上约800余水泥同仁，共同见证了本届峰会盛况。本届峰会特别邀请了华南理工大学张同生研究员，为出席论坛的诸位水泥届的领导专家分享了题为“低熟料用量高性能复合水泥制备技术”的技术报告，以下是摘自报告中的精彩内容：

一、低熟料复合水泥生产现状

“节能减排、节约资源与保护环境”是我国建设和谐社会、走可持续发展道路的主要途径。然而，水泥工业作为传统产业，是资源、能源消耗大户和碳排放大户，特别是我国正处于基础建设的高峰期，水泥产量和需求量巨大且逐年增长。另一方面，我国各种工业固体废弃物年排放量超过20亿吨，大量工业废渣不仅占用土地、污染环境，同时也是一种巨大的资源浪费。其中，冶金工业废渣及燃煤灰渣可用作辅助性胶凝材料生产复合水泥，是水泥工业发展的重要方向之一。但由于辅助性胶凝材料的活性较低，导致复合水泥的早期强度等性能较差，限制了工业废渣的掺量及复合水泥的应用范围。现有方法大都从“提高辅助性胶凝材料活性”的角度出发，采用超细粉磨、化学激发等手段来改善复合水泥的性能，虽然在一定程度上改善了复合水泥的性能，但多适用于活性废渣（例如矿渣等），且废渣掺量仍较低。大量研究表明，硬化水泥浆体和混凝土制品中含有大量未水化的水泥颗粒（熟料水化程度60~70％，矿渣水化程度仅30％左右），这些未水化颗粒（制备过程消耗了大量资源和能源）仅起到“填充”作用，是一种能源与资源的浪费。如果能通过相关基础理论和技术研究，提高熟料等活性组分的实际有效利用率和水泥混凝土结构耐久性，将为人类社会节约巨额的资源和能源，是水泥工业更高层次的节能减排。

二、低熟料复合水泥制备理论与技术

理论上，水泥混凝土若有良好的堆积，不需要全部水化即可形成较高的强度，关键在于颗粒堆积状态以及颗粒之间的界面结合。然而，复合水泥若颗粒过细、比表面积较大，导致需水量较大，初始浆体堆积不密实，最终强度等性能较差；若复合水泥颗粒较粗、比表面积较小，则活性组分水化程度较低，生成的水化产物数量较少，最终浆体结构也不密实、强度等性能也较差。此外，复合水泥中各组分在细、中、粗颗粒中均有分布，实际上仅部分粒度区间对强度等性能有贡献。例如，细熟料颗粒需水量大，粗熟料颗粒水化程度低，只有中间粒度熟料对强度的贡献较大。

在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持下，华南理工大学开展了十余年的基础理论和关键技术研究，发现以S. Tsivilis分布和Fuller分布为代表的经典颗粒级配模型均难以很好地指导复合水泥的制备。从水泥浆体初始结构和胶凝材料水化性能两个方面，1）根据紧密堆积理论，提出了“区间窄分布，整体宽分布”颗粒级配模型，并根据浆体中颗粒间距对模型进行了修正，采用该模型可使水泥浆体的堆积密度提高10％，从而降低水泥浆体的初始孔隙率，填充水化产物减少约30％。2）研究了水泥熟料与辅助性胶凝材料水化性能（水化程度、胶凝能力、强度贡献率、水化动力学等）的优化匹配，以实现颗粒间的有效粘接和水化产物对浆体孔隙的有效填充，水泥熟料和矿渣利用效能大幅度提高，同时充分发挥了低活性和惰性颗粒的微集料效应。最终，仅用25~30％的水泥熟料、30~35％的活性混合材及30~35％的低活性或惰性混合材，制备了42.5强度等级的复合水泥（实际生产中水泥熟料用量75％以上），且该水泥具有良好的体积稳定性和耐久性。 

三、低熟料复合水泥的工业化试验情况

基于现有原材料，采用低熟料复合水泥制备技术开展了大量工业化试验，可将42.5复合水泥的熟料用量由70~80％降至58~61％，32.5复合水泥的熟料用量由60％左右降至36~43％，且不影响水泥的其他性能。按照生料料耗1.6，熟料煤耗104kg/t、综合电耗50度/t、碳排放0.86t/t，综合电耗30度/t计算，实验室制备的级配复合水泥在资源消耗、煤耗、碳排放等方面减少50％，工业化试验制备的级配复合水泥减少10~15％。该成果可为大宗量利用工业废渣（特别是低活性或惰性废渣）制备高性能复合水泥奠定了理论基础和技术支持，同时具有极大的节约资源、能源和减少CO2排放量前景，可有效推动“可持续发展”、“节能减排”、“低碳经济”等基本国策的实施，具有极其重大的经济、生态和社会效益。

评价总结：利用水泥熟料与掺合料本征活性，通过高效利用活性组分，充分发挥惰性组分填充与堆积作用，制备低熟料用量高性能复合水泥，是近期水泥工业CO2减排的主要措施之一。

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