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1、 硫铝酸盐水泥在我国的研究现状、生产应用水平及发展趋势 摘要摘要：分析了我国及国外硫铝酸盐水泥行业发展及产品应用市场现状，以及硫 铝酸盐的历史背景，提出了行业发展趋势，并对未来产品市场应用前景进行了 展望。硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特 性，生产能耗更低。本文对利用固体废弃物为原料制备硫铝酸盐水泥的国内外 研究现状进行了介绍，综述了赤泥、脱硫灰渣、城市垃圾焚烧飞灰、粉煤灰等 固体废弃物的性能以及对硫铝酸盐水泥熟料水化特性、物相组成、机械强度等 性能的影响。最后提出如果能充分有效地利用固体废弃物，硫铝酸盐水泥工业 将在实施循环经济和可持续发展战略中具有更大的优势。
2、硫铝酸盐水泥盐可用 作公路修补材料、早强、耐火耐高温浇注衬料和耐火浇注料的粘合剂等特殊性 能。 关键词关键词:硫铝酸盐水泥，行业现状，发展趋势，市场前景 硫铝酸盐的历史背景： 1824 年，英国人 J.Aspdin 发明了 Portland 水泥。经过发展，Portland 水 泥逐步形成了庞大的硅酸盐水泥系列，品种多达十几种。该类水泥的矿物组成 均是以 3CaOSiOz (C3S)矿物为主，C3S 矿物决定了硅酸盐类水泥的凝结和强度 等一系列基本性能。硅酸盐水泥自发明以来，由于其丰富的原料资源，相对较 低的生产成本和良好的胶凝性能，成为当前乃至 21 世纪人类社会最主要的、不 可替代的建筑材
3、料。美国学者 Greening 等在 20 世纪 60 年代后期率先研制成功 了 3Ca03A1203CaS04-2CaOSiO:型超早强硫铝酸盐水泥，其中，以 3Ca03A1203CaS0;为主要矿物的快硬硫铝酸盐水泥得到了广泛生产和应用，水 泥的早期性能得到了明显改善和提高，但是随着特殊建设工程要求的提高，硫 铝酸盐水泥的后期强度不高，某些使用条件下强度甚至会出现倒缩，凝结时间 不易调节以及膨胀不稳定等因素使其远不能满足特殊建设工程的需要。20 世纪 70 年代，中国从无水硫铝酸钙(3Ca03A1203CaSOa)复合矿物的研究中成功研 制了(普通)硫铝酸盐水泥，从而形成了不同种类的硫铝酸
4、盐水泥系列。普通硫 铝酸盐水泥的熟料是以适当成分的石灰石、矾土和石膏为原料，于 1300 0C 1400 0C 锻烧而成，熟料主要矿物是 CaA3 S 和 C2S，还有少量游离石膏 CaSOa 和铁相(2CaOFe203 6Ca02A1203Fe203 )，有时还存在一些方镁石 Mg0 和钙钦 矿 CaOTi02。与硅酸盐水泥熟料相比，硫铝酸盐水泥熟料含 Ca0 量少，主要矿 物 CaA3 S 的形成温度较硅酸盐水泥熟料的 C3S 低，因此在理论上生产能耗较少， 其中普通硫铝酸盐水泥的熟料烧成温度较硅酸盐水泥熟料低 100.c我国硫铝酸盐的现状：硫铝酸盐水泥SACJ 作为我国四大特种水泥品种(
5、自水泥、低热大坝水泥、 铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥)之一，随着我国经济的发展，在全国有着广泛的市 场。目前，我国硫铝酸盐水泥系列包括:快硬硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水 泥、 低碱度硫铝酸盐水泥、复合(改性)硫铝酸盐水泥等小同品种” 。目前，硫铝酸盐 水泥的生产除少数厂家采用预热器锻烧工艺，大部分企业仍采用十法中空窑生 产工艺，煤耗高，排放超标、生产质量小稳定。可见硫铝酸盐水泥的生产工艺 水平已经远落后于全国水泥行业的平均水平。而采用新型十法生产小仅可以提 高产品产量和质量，降低生产煤耗，从而促进节能减排，降低成本，还可显著 提高产量和行业集中度，是行业发展的大势所趋。用途： 在中国又把以 3C
6、a03A103CaS0;矿物为主的硫铝酸盐水泥各品种称为第 三系列水泥。硫铝酸盐因其自身的特点，广泛应用于房屋建筑、桥梁、码头、 机场、市政设施和工矿建设。新开发的硫铝酸盐水泥还具有一系列比硅酸盐水 泥更为优异的性能，如抗渗、耐腐、抗冻，并且用一种熟料可制成早强、膨胀、 高强、自应力、低碱度等不同性能的水泥，使其用于冬期施工工程、快速施工 工程、抗渗与防水工程、海洋与耐腐蚀工程、自应力水泥制品和 GRC 制品等方 面有着独特的优势，在众多水泥品种间有很强的竞争力，其特殊的性能使其在 工程中的应用越来越广泛。硫铝酸盐水泥是一种性能优良、附加值高的无机非 金属材料，具有凝结快、强度高、微膨胀和低收
7、缩等特性，配置的混凝土抗渗 性和抗裂性能好。硫铝酸盐水泥的抗冻性能是普通硅酸盐水泥的 5 倍以上，抗 渗透性能是普通硅酸盐水泥的 2 倍以上。因此，硫铝酸盐水泥是飞机跑道、铁 路、港口、路桥、码头、水坝、油井建设和建筑地下土程及冬季施土不可或缺 的功能性材料。 硫铝酸盐水泥也可用于 CRC 制品、水泥制品及灌浆材料的生产， 还可制造耐火材料。硫铝酸盐的不足：目前大量使用的硅酸盐水泥存在如下一些缺点和不足:早期强度偏低，3d 强 度仅有 20-30MPa，后期强度尚需要进一步提高;烧成温度高(1450 0C )，电耗、 煤耗高;水泥熟料中 C3S 的含量高，通常为 50%左右，有时甚至高达 60
8、%，对石 灰石原料品质要求高，消耗了大量优质石灰石资源:同时，由于大量使用石灰石， 产生了大量的 co:等废气，环境污染严重;水化后期，硬化水泥浆体产生体积收 缩，造成收缩裂纹，影响水泥混凝土的稳定性与耐久性。因此，提高传统硅酸 盐水泥的性能，满足现代工程建设对水泥性能的多功能、高性能的要求，并达 到节约能源、节省资源、保护环境的目的，实现水泥工业可持续发展，对国民 经济与社会发展具有重要意义。自本世纪 70 年代以来，世界性的能源危机迫使主要能耗产业之一的水泥工业 把降低能耗利用废弃物作为其主要解决的问题和发展方向。利用固体废弃物作 为原材料生产高品位硫铝酸盐水泥，是固体废弃物资源化利用的新
9、方向。目前 该方向的主要研究内容包括:利用不同固体废弃物制备硫铝酸盐水泥的可行性研 究;利用固体废弃物所制备硫铝酸盐水泥的物化组成、水化性能、力学性能研究;固 体废弃物中其他氧化物对硫铝酸盐水泥性质的影响;硫铝酸盐水泥中固体废弃物 活化机理研究。 固体废弃物原料有 1、以赤泥为原料 赤泥中含有较多的 CH,OvFPZ03 和 AlZ 03，但是由十碱含量比较高，不能直接 作为普通硅酸盐水泥的原料，但是可以用来生产硫铝酸盐水泥，以赤泥为主要 原料，添加石灰、铝矾土和石膏，在 1300下制备出硫铝酸盐水泥。XRD 测试 表明主要矿物组成为:CQA3S, CQAF 和 CZF，随着赤泥量的增加，CQ
10、 AF 和 CZF 有所增加，CQA3S 相应减少。抗压强度结果表明，水泥的强度在 1300达到最 大值，随着赤泥用量的增加，抗压强度逐渐增大，其主要原因是 CQ AF 增多， CzF 减少。 2、以电厂脱硫灰渣为主要原料脱硫灰渣是热电厂采用循环流化床土艺对废气进行脱硫处理时一所得固体废 弃物。脱硫灰渣中含有较高的 Ca0 和 S03，这正是硫铝酸盐水泥熟料的主要组 分。利用脱硫灰渣中的含硫矿物 CaSO:与 CaS04 作为水泥熟料中硫儿素的来源， 添加 CaO,CaC03 和 Ca ( OH) z 作为 Ca0 的来源，添加粉煤灰作为 SiOZ 和 AlZ 03 的来源。3、以城市垃圾焚烧
11、飞灰为原料城市垃圾焚烧飞灰的主要化学成分属十 Ca0 SiOZ S03 AlZ 体系，且具有一 定的胶凝，这使得将其作为原料生产硫铝酸盐水泥成为可能。以飞灰为主要原 料烧制硫铝酸盐水泥，不同的是该研究首先对飞灰进行了碳酸化和水洗的预处 理，除去了其中的重金属和氯盐。结果表明，添加 J%飞灰后，在 1350烧成的 硫铝酸盐水泥满足水泥厂生产熟料的标准。4、以粉煤灰为原料粉煤灰的化学成分以 Alz 03 和 SiOz 为主，其中 Alz 03 的含量为 23%一 38%，如果能够通过原料配比调整，使原料中的 Alz 03 全部或绝大部分生成 CQA3S，不仅可以替代高品位铝矾土，而且拓宽了粉煤灰的
12、综合利用。 硫铝酸盐的用途：硫铝酸盐水泥推广过程中碰到的许多施工技术问题，其中主要问题之一 就是水泥的凝结时间。对于这一不足，硫铝酸盐水泥凝结时间比硅酸盐水泥要 短些，对于一般工程问题可以满足施工要求，但对某些工程则不能适应。在研 究工作中找到了适用于硫铝酸盐水泥的专用外加剂，这种外加剂能在很大范围 内调节混凝土的硬化时间，使其能满足各种混凝土工作性能的要求。未来展望： 硫铝酸盐水泥取代铝酸盐水泥配料将成为特种工程材料的发展方向。 随着我国经济建设的发展，公路的交通量起来越大，公路修补材料固化很 慢，数日才能通行，严重影响交通效能，所以快速修补材料成为理想的替代品， 需求量日益增大。 节能保温
13、材料:我国既有建筑 90%以上是高能耗建筑。为达 到我国 2020 年 65%的建筑节能目标，绝大部分既有建筑将实施节能改造。另外， 为避免有机苯板类保温材料带来的火灾，以无机物为主的保温材料正在积极推 进，硫铝酸盐保温制品在建筑外墙保温市场前景广阔。 灌浆材料:我国高铁建 设中投入了很多新型材料，特别是灌浆材料，在轨道及钢结构女装、地脚螺栓 锚固、路桥工程的加固、以及混凝土结构加固建设中都得到了大量应用。硫铝 酸盐具备其性能在这些方面可以得到较大的发展。结论 硫铝酸盐水泥具有早强、快硬、抗裂、防腐等特殊功能，生产时一排出的 coZ 量要比硅酸盐水泥少，在当前节能减排的大背景下，其发展符合国家
14、产业 政策。如果能够采取合理的技术措施，确保所制备硫铝酸盐水泥的安全生产和 使用，对我国大力发展循环经济，建立有自主知识产权的水泥资源化利用固体 废弃物的理论与实践都具有独特的意义。目前，国内硫铝酸盐水泥行业的发展 瓶颈主要在于产品的应用开发还有待加强，要解决发展中的问题，还有待行业 科研院所与生产企业的共同努力。 参考文献：1、刘通, 李艳君, 陈景, 等. 阿利特-硫铝酸盐水泥对萘系高效减水剂的吸附研究J. 混凝土, 2013 (4): 73-76. 2、董广驰 我国含钡硫铝酸盐水泥研究及产品达到国际领先水平 3、我国硫铝酸盐水泥工业现状及发展前景 高全胜(中国建筑材料工业规划研 究院北京 100000) 4、赵军，蔡高创，高丹盈.硫铝酸盐水泥混凝上抗氯离子侵蚀机理分析田.建筑 材 I 学报，2011.14 (3) : 357 361 5、工建军，张自力，万善个.硫铝酸盐水泥的发展现状与展望田.新旧_纪水泥 导报，2011.6 : 51 53 6、耿永娟, 李绍纯, 李秋义, 等. 利用固体废弃物制备硫铝酸盐水泥的研究进展J. 硅酸盐通报, 2013, 32(011): 2268-2273.
