60.系列水泥生产技术与装备及混凝土技术
60.1 低环境负荷型水泥关键制备技术
1、项目简介
低环境负荷型水泥关键制备技术主要包括低环境负荷型高效水泥熟料制备技术、低环境负荷型高性能水泥制备技术两个方面。
在低环境负荷型高效水泥熟料制备技术方面，主要是将现在回转窑中低于1100℃范围的剩余CaCO3分解和预烧过程移出回转窑外，并采用专门的高效传热预烧炉来完成，使得熟料矿物的形成动力学及窑的传热传质规律相适应，从而可大幅度提高窑产量，实现快烧急冷，为生产高活性熟料创造条件。研制开发了煤粉普适性四通道高效燃烧器、适用劣质无烟煤的低环境负荷水泥生产技术高效燃烧系统(劣质/无烟煤分解烧成装置、高效燃烧器和高效窑外分解窑等)及新型煤种普适性分解-预烧炉及配套设施。
在低环境负荷型高性能水泥制备技术方面，主要是以硅酸盐水泥熟料为基础，辅以功能调节组份材料，通过科学的复合技术制备出的一类新型水泥。这种新型水泥具有良好的施工性能、优良的物理力学性能、突出的耐久性能，从而满足现代建筑工程的施工与耐久性要求。同传统硅酸盐水泥相比，低环境负荷高性能水泥在力学强度指标不变的条件下具有低钙、低水化热、高致密性、低渗透性等特性。这种新型水泥可以利用大量的工业废弃物，同时可以大量减少水泥中高能耗熟料的用量，42.5等级高性能复合水泥中，工业废弃物掺量不低于50%。
2、应用情况
1) 煤粉普适性四通道高效燃烧器已推广应用于华新恩施、华新武穴、华新宜都、华新云南、华新襄樊水泥熟料生产线等新型干法水泥生产线。特别是拥有世界第一条万吨线的泰国豪森水泥有限公司经考察比较后，采用该系列燃烧器取代世界知名的丹麦史密斯燃烧器。
2) 适用劣质无烟煤的低环境负荷水泥生产技术高效燃烧系统(劣质/无烟煤分解烧成装置、高效燃烧器和高效窑外分解窑等)和新型煤种普适性分解-预烧炉及配套设施已经在华新恩施、华新宜都、华新云南和云南思茅水泥熟料生产线上推广应用。
3) 低环境负荷型高性能水泥相关成果已推广应用于华新钢花年产60万吨水泥粉磨生产线和华新武汉年产300万吨水泥粉磨生产线等新型干法水泥生产线。
3、主要技术特点
1) 研制开发的煤粉普适性四通道高效燃烧器，对煤的普适性好，可100％使用灰分为35％～45％的劣质无烟煤，可自动调节火焰；
2) 在保证熟料产量和质量的前提下，低环境负荷水泥生产技术高效燃烧系统(劣质/无烟煤分解烧成装置、高效燃烧器和高效窑外分解窑等)可100%使用灰分达35%-45%劣质无烟煤，其研究水平达到国际领先水平；
3) 在保证熟料产量和质量的前提下，新型煤种普适性分解-预烧炉及配套设施在西部高原条件下(海拔达1000m)可使用全硫大于3.0%的高硫煤，其研究水平达到国际领先水平；
4) 42.5等级高性能复合水泥中，工业废弃物掺量50%，在工业废弃物的总量中，粉煤灰等废渣的比例不小于废渣总掺量的40%；
5) 高性能复合水泥性能得到全面改善，与相同等级普通硅酸盐水泥相比，在相同水泥用量和相同水灰比条件下，水化热下降25%以上，硬化水泥石1年龄期Ca(OH)2含量下降50%以上，抗渗性能提高25%；
4、经济效益分析
采用本项目提出的水泥熟料煅烧新技术，对已有新型干法预分解窑水泥生产线进行技术改造，只需很少投资就可使其生产能力增加50％，对于新建预分解窑生产线，更可以大幅降低烧成系统的建设投资。我国目前已投产的新型干法预分解生产线规模为5000万吨/年，若采用本熟料煅烧新技术进行扩产改造，总投资约需45亿元，即可增加2500万吨/年能力，而新型同规模的新型干法生产线则需总投资118亿元，故可节省投资人民币73亿元。
采用本项目提出的低环境负荷型高性能水泥制备技术后，可大量利用粉煤灰、矿渣、煤矸石等工业废料，有效减轻其他类工业固体废弃物的排放及其环境污染，从而使水泥在工业循环体系中真正成为具有环保特色的工业。
武汉理工大学科技处 胡斌祥
电话：027-87651482 传真：027-87880790
地址：武汉市珞狮路122号 邮编:430070
EAIL：liurg2008@sohu.com
60.2 新型高效水泥生料催化剂技术
1、项目简介
随着水泥强度新检验方法（ISO679）和水泥产品新标准（GB175-99）的强制实施，水泥企业特别是立窑水泥面临严重挑战。为此，武汉理工大学水泥所黄从运博士领导的课题组经过多年潜心研究，发明了《高效水泥生料催化剂技术》，该项目已通过山东省科委组织的新技术鉴定（鲁科成鉴字[1997]第334号），并被湖北省和山东省科委列为星火计划重点推广项目。专家鉴定认为，该项成果是我国立窑水泥生产继复合矿化剂技术和晶种技术之后，降低水泥生产成本，提高水泥产质量的第三次重大技术进步，填补了国内空白，具有国内领先水平。该催化剂并被国家列为绿色建材产品。
2、市场分析
该技术已在山东、陕西、北京、河南、安徽等省市部分水泥厂家应用。全国现年产水泥7.0亿吨，若满足全国水泥生产需要，每年需催化剂500万吨，可创年产值18亿元，年创税利5亿元。另外，每吨水泥生产成本下降10元，则全国水泥企业可年创效益70亿元，两项共年创效益近90亿元，经济效益十分显著。
3、主要经济技术指标及实施特点
（1）高效催化剂在水泥生料中掺加量为0.4～0.7%，并且优于复合矿化剂技术和晶种技术。
（2）熟料热耗可降至750～800kcal/kg-c，水泥企业使用后煤耗可降低10～20%。
（3）水泥窑台时产量可提高10～25%，熟料烧成率达到98%以上。
（4）水泥强度提高4～6MPa，凝结时间缩短1～2小时。
（5）吨水泥电耗可下降5～10kw?h以上，吨水泥生产成本可降低8～15元。
该技术适合于所有水泥生产企业，水泥生产企业实施该项高新技术，无需改变现有工艺与设备，一般只需2～4天就可见到明显效果。
武汉理工大学科技处 胡斌祥
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60.3高性能水泥基复合材料
本成果获2001年度国家科技进步二等奖。高性能水泥基复合材料（HPCB）是结构功能一体化的高新技术材料，与同类传统材料相比，它具有抗弯（折）强度高，韧性和耐久性好、环境协调及性能可设计的特点，可为重点工程建设提供关键技术支撑。本技术已开发应用于大量工程，具有以下特点：
发展前景广阔：工程应用的直接经济效益已达10585万元，间接效益估算3~4亿元。
发展前景广阔：我国是水泥用量最大的国家。采用该技术，可大大提升材料的使用效能，延长工程寿命，有效节约能源、资源，促进可持续发展和社会进步。
发展前景广阔：HPCB材料有巨大的应用潜力，能替代一些能耗高、与环境和生态不相适应或成本高的材料种类。
本成果已在国内外公开发表学术论文50余篇，20余篇被SCI、EI收录及引用。本成果的综合技术水平和关键指标远优于国内外其他同类者（通过多项省部级鉴定）。
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60.4 水泥混合材激发剂
1、项目简介
水泥混合材激发剂，是一种由多种矿物及活性材料、经特殊加工而制成的对水泥混合材活性起激发作用的新产品。它是无毒无害无污染的无机材料，其主要特点是：在有效激发混合材活性的基础上，既能达到提高“高掺量混合材水泥”各龄期强度的要求，又能达到有效改善水泥的安定性、缩短凝结时间、增加水泥产量、节能降耗、降低水泥生产成本、增加企业效益的目的。该项目已通过省部级新技术鉴定，并被国家科技部列为国家火炬计划重点推广项目。
2、市场分析
我国去年生产7.0亿吨水泥，若使用激发剂后，按增加10%混合材计算，则全年可使7000万吨的工业废渣变废为宝。按使用1.0%激发剂计算，每年新增产值21亿元，年创税利达6亿元：另每吨水泥生产成本下降7～15元，则全国水泥生产企业可年创效益达75亿元，两项共创效益近100亿元，具有显著社会经济效益和环境效益。
3、应用特点
现有水泥生产企业和水泥粉磨站，无需进行工艺及设备改造即可实施该项技术，使用3~5天就可见到明显效果。
4、主要经济技术指标
（1）正确选择激发剂的种类与加入量。激发剂在水泥粉磨前由微机按1~2%的比例在磨头前均匀加入。
（2）有效激发混合材活性（由于各地混合材的种类及所含的化学成分不同，熟料的烧成情况不同，需要用不同种类的激发剂）。它能提高水泥各龄期的强度10%以上，尤其是熟料游离钙偏高的企业，强度增加更加明显。
（3）提高混合材的掺加量。根据各厂使用的混合材种类不同，在原有基础上一般增加10%~20%的掺加量，并且生产的32.5R、42.5R等级水泥长期性能稳定。由于大量使用工业废渣，可以获得国家减免产品增值税和所得税的优惠政策。
（4）缩短水泥凝结时间。使用该产品后可以缩短水泥的凝结时间1小时左右。并且可以缩短初凝和终凝的间隔时间，有利于快速施工和缩短脱模时间。
（5）有效地消解熟料中的游离氧化钙，改善水泥的安定性，加快水泥库的周转。
（6）适当地增加石膏的掺加量。根据混合材和熟料中SO3含量情况，找出石膏的最佳掺入量。
（7）水泥有关物理性能见下表
配 比（%） 抗折强度（MPa） 抗压强度（MPa）
熟料 矿渣 粉煤灰 石 膏 激发剂 3天 28天 3天 28天
95 5 5.2 7.7 27.4 54.5
40 55 5 2.7 5.8 12.1 36.4
40 55 5 微量 4.8 7.9 25.6 56.3
30 65 5 微量 4.7 7.8 24.4 55.0
60 35 5 2.4 5.6 11.9 34.7
60 35 5 微量 4.6 7.5 23.7 52.1
武汉理工大学科技处 胡斌祥
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60.5 水泥外部活化新技术
1、项目简介
武汉理工大学外部活化新技术课题组，经过多年的研究与生产实践，采用外部活化新技术，通过使用复合激发剂，可以增加水泥中混合材掺量，生产矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。使用该新技术，可以提高掺入量，即在生产水泥标号不变的情况下，增加掺入量15～20%左右，使掺入量总比例达30～55%；若保持原掺入量不变的情况下，可以提高一个标号出厂，该技术已在湖北、四川、云南、河南、重庆、陕西等地实施，为企业取得了明显的社会与经济效益。
2、国内外技术发展现状
外部活化新技术，在国内外均有报道，但成熟的生产企业不多见，我们课题组的研究成果，2000年发表后，被美国EI权威机构收录，国内不少厂家也经过探索，但因种种原因实施不下去，其原因是激发剂掺量超标（国家规定不大于1%）；二是价格昂贵，企业承受不了。
3、市场分析
实施该项新技术，可用表1数据说明：
类 掺量
% 0.08mm筛余
% 安
定
性 凝结时间h:min SO3 抗折强度MPa 抗压强度MPa 备注
初 终 3d 28d 3d 28d
A 矿渣18
矿渣32 7.0
6.0 完
完 1:50
2:30 3:00
4:23 2.74
2.84 6.1
4.65 8.0
7.9 30.3
24.45 50.6
50.1 实施前
实施后
B 矿渣35
矿渣50 2.7
1.2 完
完 3:35
3:47 4:53
5:04 2.60
2.58 5.1
4.9 8.6
7.9 23.4
21.5 48.8
46.3 实施前
实施后
C 粉煤灰15
粉煤灰30 3.0
2.5 完
完 2:30
3:50 3:46
5:20 2.60
2.77 4.0
4.6 7.3
7.7 21.5
22.1 46.6
47.8 实施前
实施后
D 矿渣35
矿渣35+煤渣20 6.7
2.8 完
完 3:20
3:20 4:40
5:02 2.55
3.17 2.5
3.3 6.9
7.1 11.8
16.5 39.2
41.1 实施前
实施后
目前，国家对采用混合材，特别是粉煤灰大力支持，还在税收制度方面给予优惠，对于中小水泥企业尤其重要，加上中小企业熟料质量不高，更需采用此项技术，因而市场潜力广阔。
4、主要设备投资
采用此项技术，只需投入一台小型电磁振动给料机，价格在2000元左右。
5、经济效益分析
a. 若生产水泥标号不变，多增加混合材15～20%，每吨水泥可增5～10元人民币。按年产10万吨计算，全年可增50～100万人民币。
b. 若混合材掺入量不变，增加标号，每吨水泥可增10～15元人民币。按年产10万吨计算，全年可增100～150万人民币。
武汉理工大学科技处 胡斌祥
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