新時(shí)代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的發(fā)展

原國家建材局局長 王燕謀

在以習(xí)近平總書記為核心的黨中央領(lǐng)導(dǎo)下，中國社會主義建設(shè)進(jìn)入了新時(shí)代，硫（鐵）鋁酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。

一、水泥行業(yè)新形勢

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

圖1 2001年-2017年我國水泥產(chǎn)量變化

世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家和一些新興國家水泥工業(yè)發(fā)展也經(jīng)歷過同樣的軌跡，消費(fèi)量快速增長后出現(xiàn)拐點(diǎn)，然后穩(wěn)步下滑，只是出現(xiàn)消費(fèi)峰值的年代有所不同，而達(dá)到峰值時(shí)的人均積累消費(fèi)量則是在同一個(gè)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(fèi)峰值比較

消費(fèi)量的變化充分說明，我國水泥工業(yè)也已步發(fā)達(dá)國家和一些新興國家之后塵，進(jìn)入穩(wěn)定下滑的發(fā)展階段，正面臨著產(chǎn)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(jīng)濟(jì)理論，應(yīng)對產(chǎn)能過剩的辦法是：充分發(fā)揮市場機(jī)制的作用，通過競爭優(yōu)勝略汰；加強(qiáng)政府的依法監(jiān)管。目前，我國水泥企業(yè)都在大力推進(jìn)技術(shù)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(gè)新形勢是環(huán)境和生態(tài)制約因素愈加明顯，生產(chǎn)環(huán)保法定指標(biāo)愈來愈高，礦山開采許可愈加嚴(yán)格。為應(yīng)對環(huán)境和生態(tài)制約，一些企業(yè)已開始調(diào)整生產(chǎn)布局，將生產(chǎn)線由環(huán)保負(fù)荷高的城市搬遷到環(huán)保負(fù)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(jìn)一步開發(fā)的新產(chǎn)業(yè)，綠色生產(chǎn)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(jī)遇。

二、建筑土木工程業(yè)的新動(dòng)向

進(jìn)入新時(shí)代，全國各行各業(yè)都朝著“中國夢”的宏偉目標(biāo)、按中共中央“五位一體”的總體布局，調(diào)整方向，努力奮進(jìn)，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(dòng)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?jiǎng)?chuàng)建海洋強(qiáng)國。在海洋造地、采油、風(fēng)力發(fā)電和養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)正快速興起，海港和海上橋梁等建設(shè)工程日益增多。這些設(shè)施的建設(shè)都需要具有耐海水腐蝕性能的水泥。

2.負(fù)溫施工工程 我國曾在南極建設(shè)長城、中山、昆侖和泰山等考察站，近期正在建設(shè)機(jī)場，南極旅游業(yè)也在穩(wěn)步推進(jìn)。在“一帶一路”倡議下，我國已啟動(dòng)開辟北冰洋航線，建立亞歐之間最便捷的海上運(yùn)輸通道。在南、北極的開發(fā)中必定有許多負(fù)溫施工工程。我國北方地區(qū)，早就推行負(fù)溫施工。隨著該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)騰飛，其工程規(guī)模將迅速擴(kuò)大。各種工程的負(fù)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(shí)代，傳統(tǒng)的建筑方式正在轉(zhuǎn)變，房屋建筑工程朝著工廠化生產(chǎn)和現(xiàn)場模塊式裝配的現(xiàn)代技術(shù)方向發(fā)展。按這種建造方式，須在工廠生產(chǎn)各種各樣的建筑構(gòu)件和混凝土制品。為提高生產(chǎn)效率、降低成本，需要價(jià)格合理的快硬高強(qiáng)水泥。這是一個(gè)量大面廣的水泥需求的改變，對此應(yīng)給與足夠的關(guān)注。

4.修補(bǔ)工程 新中國成立后已經(jīng)69年，改革開放也有40年，工程積累巨大，須修補(bǔ)的工程日益增多。特別是公路、鐵路、機(jī)場和 海港等交通工程設(shè)施的搶修，不僅工作量巨大，而且時(shí)間緊迫。修補(bǔ)工程在國內(nèi)外都是一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)，須有配套的技術(shù)和相應(yīng)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(shè)力度的加大和旅游業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境美化工程產(chǎn)業(yè)異軍突起，建筑浮雕、人造塑像、紀(jì)念模型和異形配件等藝術(shù)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(fù)溫施工性能、快硬高強(qiáng)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(dòng)向給硫（鐵）鋁酸鹽水泥帶來巨大的商機(jī)。

三、硫（鐵）鋁酸鹽水泥的研究

研究分三個(gè)方面：理論研究、應(yīng)用研究和生產(chǎn)與應(yīng)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(gè)有效相組成：

在形成動(dòng)力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了下列有價(jià)值的理論：

惰性C2AS與CaSO4可反應(yīng)生成活性的C4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，C4與C3S不能共存，但在CaF2介入條件下，C4可與C3S共存；

硫（鐵）鋁酸鹽水泥熟料礦物都是通過固相反應(yīng)形成。

2.應(yīng)用研究

在應(yīng)用研究中取得一系列實(shí)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C4和C2S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C4A、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(qiáng)、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(diǎn)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(chǎn)與應(yīng)用開發(fā)

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

根據(jù)硫（鐵）鋁酸鹽水泥特性，在生產(chǎn)開發(fā)的同時(shí)，進(jìn)行應(yīng)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，該樓已安全使用40年。

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

（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。已安全使用35年。

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

（5）1993年采用快硬鐵鋁酸鹽水泥生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土梁。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。

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

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

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

在理論研究和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)與應(yīng)用開發(fā)取得了很大進(jìn)展，一個(gè)水泥新品種產(chǎn)業(yè)在中國已經(jīng)形成，一批相應(yīng)的建筑物已經(jīng)歷數(shù)十年耐久性考驗(yàn)。

然而，近20年來，硫（鐵）鋁酸鹽水泥產(chǎn)業(yè)成長不快，至今體量不大，年產(chǎn)量一直維持在100萬-150萬噸之間。究其原因，主要是生成與應(yīng)用開發(fā)工作做得不夠。生產(chǎn)技術(shù)停留在小型回轉(zhuǎn)窯階段，不能發(fā)揮出該水泥的環(huán)保優(yōu)勢；應(yīng)用開發(fā)工作未能做到制定出各種工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)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(shù)與應(yīng)用開發(fā)工作亟待繼續(xù)。

四、新時(shí)代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的開發(fā)平臺

工信部授權(quán)建材工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)公共服務(wù)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(yīng)用成果

2018年，赴福建東山島實(shí)地考察了34年前簡稱的南門海堤，采訪了當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐氖┕と藛T；經(jīng)過努力，采訪到了建造南極長城站的工程技術(shù)人員，取得了一手資料；約請工程負(fù)責(zé)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(yīng)用開發(fā)成果，為進(jìn)一步開發(fā)工作創(chuàng)造了必要條件。

2.生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)

與堯柏集團(tuán)合作，在3200t/d預(yù)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CO230%，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(shí)行碳交易后，水泥生產(chǎn)成本可進(jìn)一步下降。

堯柏集團(tuán)是大型水泥企業(yè)，中國建材技術(shù)情報(bào)所是工信部授權(quán)的產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺，兩者合作對硫（鐵）鋁酸鹽水泥的進(jìn)一步研發(fā)和產(chǎn)業(yè)的快速壯大有著重要意義。

3.信息溝通

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

新時(shí)代硫（鐵）鋁酸鹽水泥開發(fā)平臺在建材工業(yè)技術(shù)情報(bào)所領(lǐng)導(dǎo)下已經(jīng)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(gè)平臺能實(shí)行科研、生產(chǎn)、應(yīng)用三方緊密結(jié)合，順應(yīng)水泥行業(yè)新形勢，抓住現(xiàn)代建筑土木工程業(yè)新動(dòng)向，將硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)與應(yīng)用開發(fā)工作加快進(jìn)行下去，在市場拓展中，水泥產(chǎn)量在近期內(nèi)有較大增長，生產(chǎn)技術(shù)有較大提高。此外，希望硫（鐵）鋁酸鹽水泥技術(shù)平臺，還應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)投資，助推企業(yè)兼并重組，促進(jìn)技術(shù)開發(fā)和擴(kuò)大生產(chǎn)，使這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)盡快發(fā)展壯大。