甘肅硫鋁酸鹽水泥（低碳利廢高性能）

2023-04-28 04:58:45

■胡京平

北京地鐵工程（使用促強減縮劑） 陳智豐/供圖

水泥行業節能減排壓力巨大，加之海洋、水利、交通等重大戰略工程極端荷載作用和極端服役環境的雙重挑戰，使得水泥混凝土材料的力學和耐久性能備受考驗且挑戰不斷。特種水泥是特殊工程的制勝法寶，硫鋁酸鹽水泥就是其中的重要一種。

曾受鋁質原材料短缺制約

硫鋁酸鹽水泥獨特的物相組成，賦予其早強高強且後期強度不倒縮的優異特性，兼具低鹼、抗凍、抗滲、耐腐蝕等一系列優於矽酸鹽水泥的性能，在眾多水泥中脫穎而出並不斷發展。目前，硫鋁酸鹽水泥經過深入開發和長期使用，已形成各具特色的普通硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥兩大系列水泥體系。這兩大系列水泥在冬季施工、快速施工、抗滲防水、海洋工程、耐腐蝕工程等領域頗具獨特優勢，實力不凡。

但硫鋁酸鹽水泥的生產，需要大量高品位鋁礬土。鋁礬土又稱礬土或鋁土礦，主要成分是氧化鋁。受氧化鋁產能不斷釋放、政府環保政策、國際市場價格持續上漲等情況影響，我國鋁土礦市場供應緊張。

節約資源是我國的基本國策，是維護國家資源安全、推進生態文明建設、推動高質量發展的一項重大任務。9月6日，中央全面深化改革委員會第二十七次會議指出，堅持把節約資源貫穿於經濟社會發展全過程、各領域，推進資源總量管理、科學配置、全面節約、循環利用，提高能源、礦產、原材料等資源利用效率，加快資源利用方式根本轉變。

唐山北極熊建材有限公司總經理陳智豐告訴《中國建材報》，「硫鋁酸鹽水泥作為一種新型低碳水泥，鋁質原材料短缺問題日益顯著。普通硫鋁酸鹽水泥熟料中，

含量高達55%~75%，其燒成需要大量高品位鋁礬土，通常Al₂O₃含量需大於60%。鋁礬土作為礦產資源監督管理的重點對象，已被視為國家戰略性礦產資源，其價格逐年增長，導致硫鋁酸鹽水泥成本不斷增加，嚴重製約硫鋁酸鹽水泥應用與發展。」

北京機器人大賽會場（使用高貝利特硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料的磨石地坪工程）陳智豐/供圖

固廢替代鋁礬土

工業資源綜合利用是構建新發展格局、建設生態文明的重要內容。《關於加快推動工業資源綜合利用的實施方案》中明確，要著力提升工業固廢在低碳水泥等領域的高值化利用水平。

陳智豐認為，鋼鐵、煤電、磷化工等行業的大宗工業固廢中含有硫鋁酸鹽水泥生產所需的鋁、硫、鈣等資源，開發這種水泥的固廢製備技術可解決水泥行業CO₂排放高和資源消耗量大問題，助力國家實現「雙碳」目標，為基礎設施的服役安全提供材料保障。

陳智豐介紹說，他所在的企業聯合河北工業大學和北京工業大學開展了低碳利廢高貝利特硫鋁酸鹽水泥的系統理論研究。特別是高活性高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料、快凝快硬高貝利特硫鋁酸鹽水泥、超低碳高強礦渣硫鋁酸鹽水泥的創新，實現了大宗工業固廢的資源化和高值化利用，同時有效降低了CO₂的排放量。

高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，是研發人員創造性地將CaSO₄和f-CaO作為必要有益礦物活化

和C₂S，打破了傳統水泥熟料設計理念。以

、C₂S、CaSO₄和f-CaO為主要礦物的高活性高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，解決了

含量低、C₂S含量高導致的熟料活性低的難題。由於

含量的降低，熟料生產可使用粉煤灰、粒化高爐礦渣等含鋁固廢替代高品位鋁礬土，使用脫硫石膏和磷石膏替代天然石膏。

快凝快硬高貝利特硫鋁酸鹽水泥的製成，是通過

三元體系晶體和膠體水化產物的相互作用及其與宏觀性能的關係，基於晶膠水化產物生長調控的熟料高效利用機制，建立了宏觀性能主導的水泥反向設計方法，以低熟料含量為水泥低碳化設計原則，優化設計熟料、混合材和石膏的組成，從而解決了熟料含量低與水泥早強的矛盾。

超低碳高強礦渣硫鋁酸鹽水泥，通過熟料中輕燒f-CaO、C₂S和CaSO₄與粒化高爐礦渣的水化反應過程，明晰了粒化高爐礦渣的多熟料礦物協同激發機理，以粒化高爐礦渣為主材、以少量高活性高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料和石膏為激發劑開發而成。

「由於高活性高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料鈣質原料消耗量少且燒成溫度低，CO₂排放量比矽酸鹽水泥熟料低34%；快凝快硬高貝利特硫鋁酸鹽水泥4h抗壓強度高達25.4MPa，28d幹縮率僅為矽酸鹽水泥的13%，1年抗硫酸鹽侵蝕係數高達1.44，CO₂排放量比矽酸鹽水泥低57%；礦渣硫鋁酸鹽水泥7d水化熱僅為矽酸鹽水泥的68%，28d抗壓抗折強度高達63.3MPa和11.5MPa，1年抗硫酸鹽侵蝕係數高達1.17，CO₂排放量不到矽酸鹽水泥的10%。」陳智豐說。

優異性能將「大顯身手」

近三年來，唐山北極熊建材有限公司生產的低碳利廢高貝利特硫鋁酸鹽水泥銷售總量達53萬噸，在水利、海工、交通、建工、高鐵、機場等領域廣泛被應用。

北京長安街、青島機場、京滬高速鐵路專線、北京地鐵、市政和城際公路，海工混凝土和大體積混凝土……都有鋁酸鹽特種水泥的身影，特種水泥將成就更多工程。

陳智豐說，這種水泥在無機地坪市場很受歡迎。現在環保要求高，傳統的樹脂、聚氨酯等有機類材料在施工過程中會產生揮發性的有機物，另外也存在受紫外線照射引起的老化問題，更有耐火等安全性問題。在性價比方面，硫鋁酸鹽水泥相比同效果材質的成本可以降低一半。

低碳利廢高貝特硫鋁酸鹽水泥為水泥行業的節能減排和實現「雙碳」目標提供了新思路和新技術。

本文原載於《中國建材報》9月19日5版

責編：丁濤

校對：和新龍

監審：韓鳳鳳