新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的發展

原國家建材局局長 王燕謀

在以習近平總書記為核心的黨中央領導下，中國社會主義建設進入了新時代，硫（鐵）鋁酸鹽水泥產業迎來了新的發展機遇。

一、水泥行業新形勢

進入新世紀后，中國水泥行業發生了預分解窯新型干法生產建設新高潮，生產技術水平迅速提升，水泥產量大幅增長，2001年到2017年的水泥產量變化曲線示于圖1。從該圖可看出，我國水泥產量從2005年開始快速增長，到2014年出現拐點，峰值為24.8億噸，此后便在波動中穩定下滑。水泥不能久儲，企業都是以銷定產，產量基本可以代表需求量，產量的峰值基本可代表消費量的峰值。

圖1 2001年-2017年我國水泥產量變化

世界上工業發達國家和一些新興國家水泥工業發展也經歷過同樣的軌跡，消費量快速增長后出現拐點，然后穩步下滑，只是出現消費峰值的年代有所不同，而達到峰值時的人均積累消費量則是在同一個水平上，具體數據示于表1。

表1 中國與其他國家水泥消費峰值比較

消費量的變化充分說明，我國水泥工業也已步發達國家和一些新興國家之后塵，進入穩定下滑的發展階段，正面臨著產能過剩的新常態。

按“十四大”以來中共中央闡明的社會主義市場經濟理論，應對產能過剩的辦法是：充分發揮市場機制的作用，通過競爭優勝略汰；加強政府的依法監管。目前，我國水泥企業都在大力推進技術創新和管理創新，力爭在競爭中取勝。

水泥行業另一個新形勢是環境和生態制約因素愈加明顯，生產環保法定指標愈來愈高，礦山開采許可愈加嚴格。為應對環境和生態制約，一些企業已開始調整生產布局，將生產線由環保負荷高的城市搬遷到環保負荷低的偏僻山區；有的還到國外建廠。

硫（鐵）鋁酸鹽水泥是有待進一步開發的新產業，綠色生產成本較低，新形勢對硫（鐵）鋁酸鹽水泥發展帶來的既有挑戰也有機遇。

二、建筑土木工程業的新動向

進入新時代，全國各行各業都朝著“中國夢”的宏偉目標、按中共中央“五位一體”的總體布局，調整方向，努力奮進，快速發展。在這大發展的洪流中，可以看到建筑土木工程業萌發的新動向，對水泥工業提出的新要求。

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展的必然。中共“十八大”和“十九大”都提出要創建海洋強國。在海洋造地、采油、風力發電和養殖等產業正快速興起，海港和海上橋梁等建設工程日益增多。這些設施的建設都需要具有耐海水腐蝕性能的水泥。

2.負溫施工工程 我國曾在南極建設長城、中山、昆侖和泰山等考察站，近期正在建設機場，南極旅游業也在穩步推進。在“一帶一路”倡議下，我國已啟動開辟北冰洋航線，建立亞歐之間最便捷的海上運輸通道。在南、北極的開發中必定有許多負溫施工工程。我國北方地區，早就推行負溫施工。隨著該地區的經濟騰飛，其工程規模將迅速擴大。各種工程的負溫施工都須由快硬和抗凍性能優良的水泥來保證。

3.房屋建筑工程 在數字化時代，傳統的建筑方式正在轉變，房屋建筑工程朝著工廠化生產和現場模塊式裝配的現代技術方向發展。按這種建造方式，須在工廠生產各種各樣的建筑構件和混凝土制品。為提高生產效率、降低成本，需要價格合理的快硬高強水泥。這是一個量大面廣的水泥需求的改變，對此應給與足夠的關注。

4.修補工程 新中國成立后已經69年，改革開放也有40年，工程積累巨大，須修補的工程日益增多。特別是公路、鐵路、機場和 海港等交通工程設施的搶修，不僅工作量巨大，而且時間緊迫。修補工程在國內外都是一個重要產業，須有配套的技術和相應的材料，所用的水泥要具有快硬、膨脹性能。

5.環境美化工程 隨著各地政府對生態文明建設力度的加大和旅游業的快速發展，環境美化工程產業異軍突起，建筑浮雕、人造塑像、紀念模型和異形配件等藝術品遍及城鄉，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）鋁酸鹽水泥具有優良的耐海水腐蝕性能、負溫施工性能、快硬高強性能、膨脹性能、防水性能和低堿性能等等。建筑土木工程業的新動向給硫（鐵）鋁酸鹽水泥帶來巨大的商機。

三、硫（鐵）鋁酸鹽水泥的研究

研究分三個方面：理論研究、應用研究和生產與應用開發。

1.理論研究

在理論研究中有一系列新的發現。

在物相研究中發現了兩個有效相組成：

在形成動力學研究中發現了下列有價值的理論：

惰性C2AS與CaSO4可反應生成活性的C4和C2S；

C6AF2由C2F連續固溶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形成。

2.應用研究

在應用研究中取得一系列實用成果。

發現選用低品位礬土、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；

發現選用鐵礬土、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；

發現硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥都具有快硬、高強、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，其主要特點是水化液相pH值較低，可制作耐久性優異的GRC制品。

3.生產與應用開發

硫（鐵）鋁酸鹽水泥熟料最早是在年產2萬-3萬噸中空干法回轉窯上試制成功的。其后，逐步提升到年產9萬-10萬噸的立筒預熱器窯和年產30萬噸的預分解窯新型干法生產線上進行生產。通過技術入股和技術轉讓，不斷發展硫（鐵）鋁酸鹽水泥生產。1997年全中國有15個硫（鐵）鋁酸鹽水泥廠，年總產量近100萬噸，一個水泥新型產業的雛形已經形成。經過20年市場錘煉，2017年硫（鐵）鋁酸鹽水泥廠有19個，總產量保持在130萬噸左右。

根據硫（鐵）鋁酸鹽水泥特性，在生產開發的同時，進行應用開發。

（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科貿大廈。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預應力混凝土梁。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90年代采用快硬鐵鋁酸鹽水泥生產的下水管。至今仍在大批量生產，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村五洲大酒店。亞運會前建造的弧形外墻板至今完好無損。

在理論研究和應用研究的基礎上，硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產與應用開發取得了很大進展，一個水泥新品種產業在中國已經形成，一批相應的建筑物已經歷數十年耐久性考驗。

然而，近20年來，硫（鐵）鋁酸鹽水泥產業成長不快，至今體量不大，年產量一直維持在100萬-150萬噸之間。究其原因，主要是生成與應用開發工作做得不夠。生產技術停留在小型回轉窯階段，不能發揮出該水泥的環保優勢；應用開發工作未能做到制定出各種工程應用的設計規范和施工規程，因此工程單位無法普遍大量地采用該種水泥。硫（鐵）鋁酸鹽水泥的技術與應用開發工作亟待繼續。

四、新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥的開發平臺

工信部授權建材工業技術情報研究所的產業技術基礎公共服務平臺已選擇硫（鐵）鋁酸鹽水泥的研究和開發作為主要方向之一，并開展了大量具有重要意義的工作。

1.發掘應用成果

2018年，赴福建東山島實地考察了34年前簡稱的南門海堤，采訪了當時當地的施工人員；經過努力，采訪到了建造南極長城站的工程技術人員，取得了一手資料；約請工程負責人，一起考察了24年前建造北京西三環航天橋。

通過考察和采訪，發掘和完善了硫（鐵）鋁酸鹽水泥的應用開發成果，為進一步開發工作創造了必要條件。

2.生產和技術開發

與堯柏集團合作，在3200t/d預分解窯上試燒硫（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，可節煤31%，減排CO230%，減排NOx 70%，SO2為零排放。這些數據的得出，對緩解硫（鐵）鋁酸鹽水泥企業環保壓力很有利，普遍實行碳交易后，水泥生產成本可進一步下降。

堯柏集團是大型水泥企業，中國建材技術情報所是工信部授權的產業服務平臺，兩者合作對硫（鐵）鋁酸鹽水泥的進一步研發和產業的快速壯大有著重要意義。

3.信息溝通

開辦培訓班、與政府部門溝通、爭取協會支持、發布藍皮書等等工作已經展開，并已初見成效，工信部已將硫（鐵）鋁酸鹽水泥列入鼓勵發展應用的技術和產品目錄。信息溝通工作對尋求政府支持、吸引風險投資和組織使用單位參與都將發揮重要作用。

新時代硫（鐵）鋁酸鹽水泥開發平臺在建材工業技術情報所領導下已經建成，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。期盼這個平臺能實行科研、生產、應用三方緊密結合，順應水泥行業新形勢，抓住現代建筑土木工程業新動向，將硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產與應用開發工作加快進行下去，在市場拓展中，水泥產量在近期內有較大增長，生產技術有較大提高。此外，希望硫（鐵）鋁酸鹽水泥技術平臺，還應發展成融資和企業重組平臺，吸引大企業資金和社會風險投資，助推企業兼并重組，促進技術開發和擴大生產，使這個新興產業盡快發展壯大。