2006年度中国石油和化学工业协会科技奖励项目精选（六）
栏目主持：中国石油和化学工业协会科技办公室 《中国化工信息》周刊

环境友好型水泥混凝土材料制备及应用技术
南京工业大学  沈晓冬 马素花 许仲梓

　　水泥生产在消耗大量资源和能源的同时产生大量的CO2、SO2。据统计，建材工业能耗占全国能耗比重的9%、
全国工业能耗的13%；年排放CO2、SO2分别为8亿t和228万t，占全国工业排放量的26.7%和14.3%；粉尘排放
占55.6%。数量扩张型的水泥工业发展模式将使我国能源、资源和环境不堪重负。
　　我国目前对固体废弃物的使用量少、利用率低，水泥工业是消纳工业废渣的最重要途径，但是目前国内固体废
弃物作为胶凝材料主要是作为水泥混合材，平均用量20%。另外只能用少量的磨细矿渣粉和高等级粉煤灰作为混凝
土掺合料。如何发挥粉煤灰等固体工业废渣的潜在活性，提高其在水泥工业中的利用率成为目前我国水泥工业发展
的重要研究课题。
1．技术工艺路线
　　生产高胶凝性水泥熟料的技术关键是提高熟料中C3S含量及其活性，若单纯提高C3S含量，水泥熟料煅烧将面
临烧成温度过高等困难，而传统水泥熟料化学普遍认为高温煅烧对提高C3S的活性存在不利的影响。本项目主要通
过水泥熟料化学基础理论的系统研究，应用各种物理化学方法，如掺杂等方法，在传统硅酸盐水泥熟料矿物体系中
引入非硅酸盐类高胶凝性矿物，形成新的高胶凝性熟料矿相体系，获得能够用于制备高性能水泥的高胶凝性熟料矿
相体系。
　　同时，项目组在“多重复合-激活理论”指导下，以矿渣、粉煤灰、煤矸石、赤泥、磷渣、钢渣等为原料，制
备高掺量复合辅助性胶凝材料,提高了工业废渣的综合利用率。针对不同工业废渣的物化特性，建立了新型粉磨系
统；研制的新型无碱矿物激发剂，对粉煤灰有超强激发作用，其自身还有水化微膨胀性，有效地改善了混凝土的收
缩性能；同时在高性能辅助性胶凝材料制备中，以不同比例、不同粒径的粉煤灰、钢渣和矿渣充分混合，充分发挥
“颗粒效应”。
    2. 相关技术对比及新技术优越性
　　该技术与国内外现有的研究技术比较如表1。
　　使用该技术后，熟料和水泥强度显著提高，熟料烧成热耗降低10%～20%，水泥生产电耗降低10%左右，熟料和
水泥产量提高5%，在保持原有水泥强度相同的情况下，混合材掺量提高5%～15%，最终达到每吨水泥生产成本降低
15%左右。
　　水泥工业是消纳工业废弃物的最重要途径之一。粉煤灰等工业废渣在水泥及混凝土中的应用研究方面，国内外
均有丰富的科研成果和使用经验。目前国内固体废弃物主要作为水泥混合材使用，平均用量约20%。另外，只能用
少量的磨细矿渣粉和高等级粉煤灰作为混凝土掺合料。本项目开发的复合工业废渣辅助性胶凝材料制备和应用技
术，大幅度提高了工业废渣综合利用程度和资源化效率，使工业废渣资源化利用效率提高到70%以上，在混凝土中
替用水泥量60%以上；与用普通辅助性胶凝材料（混凝土掺合料）配置C30混凝土相比，用相同掺量高性能辅助性
胶凝材料的混凝土28d强度增加14.5MPa，提高40.3%，可以配置C40混凝土。在同C30标号下，水泥用量降低60kg/m3，
粉煤灰用量提高60kg/m3：使用高性能辅助性胶凝材料可替代水泥用量63%，比普通辅助性胶凝材料提高16%。
表1 新型高胶凝性水泥生产技术同国内外技术比较
技术特征                  国内外现有技术  本项目技术
熟料热耗（kcal/kg）                960            850
煤耗（kg/t）                    150            115
水泥电耗（kWh/t）                 65            58
台时产量（t/h）                    14～15        16
熟料28天抗压强度(MPa)            53～56        58～65
粉煤灰掺入量（%）                25            30


表2 新型高性能辅助胶凝材料技术同国内外技术比较
      技术特征             国内外现有技术   本项目技术
复掺辅助性胶凝材料掺量       40%～50%           60%～70%
掺合方式                单种掺合或矿渣    多重复合掺杂
                            粉煤灰复掺
  3. 技术推广应用情况及开发的意义
　　自1999年以来，“环境友好型水泥混凝土材料制备及应用技术”分别在辽宁盘锦兴达水泥股份有限公司、江苏
狼山水泥集团、南京灵山水泥厂、福建龙岩天宇水泥一厂、福建武平县冠牌水泥厂、广东梅县东南水泥厂、南京四
合水泥有限公司、吉林省德惠市鑫雨水泥有限责任公司、南京恩力科技实业有限公司、徐州创新水泥制造有限公司
等多家水泥企业进行技术成果转化并投入生产应用，取得了预期效果，经济、社会效益显著。
　　新技术的开发成功，不仅提高了水泥熟料胶凝性能，同时更大程度地激发了工业废渣的潜在活性和胶凝性，有
效地发挥了工业废渣的潜在利用价值，吸纳大量固态工业废弃物，提高利用效率，减少工业废渣对堆放场地的占用，
减少对空气、水质和土壤的污染；同时降低了水泥生产中CO2的排放。该种水泥熟料辅以高度激活的复合辅助性胶
凝材料制成的高性能水泥，水化硬化体结构良好，具有高的强度及优异的耐久性。
　　该技术提高了粉煤灰等工业废渣的掺入量，按100万t/a含矿物硅酸盐水泥工业生产线计算，水泥生产电耗约
降低10万kWh、混合材掺量提高5万～15万t，CO2排放量减少2万～8万t，以每吨水泥300元计算，采用该新
型水泥熟料生产技术，每吨水泥生产成本降低30～60元。
（该项目获得技术发明二等奖，项目完成单位：南京工业大学）