高性能工程材料---磷鋁酸鹽特種水泥

一、概述

21世紀(jì)所使用的材料，應(yīng)該是降低資源與能源消耗，減少污染與環(huán)境相容性好，具有高性能的材料。水泥是我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化所必需的重要材料之一。作為最大宗的傳統(tǒng)硅酸鹽水泥，170多年來(lái)，為人類進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)，但其生產(chǎn)高能耗、低效、環(huán)境相容性差、環(huán)境代價(jià)高的弊病，嚴(yán)重違背了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。在世紀(jì)之交，本領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外學(xué)者為此都在致力于改進(jìn)、創(chuàng)新。

　　1984年以來(lái)，在吸取了國(guó)內(nèi)外同行研究的基礎(chǔ)上，濟(jì)南大學(xué)開(kāi)創(chuàng)了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、具有可持續(xù)發(fā)展特性的高性能磷鋁酸鹽凝膠材料體系，并進(jìn)行了相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。通過(guò)研究，設(shè)計(jì)出了新相，三元磷鋁酸鹽化含物，使磷鋁酸鹽新體系具有自己獨(dú)特的礦物組成，其主要結(jié)晶相有：新相Lss、CA(SS)和CxP。這一組合，賦予了該新體系若干的優(yōu)良膠凝特性，如：其膠砂試體具有高早強(qiáng)、周強(qiáng)及長(zhǎng)期耐久性好。耐高溫及生物活性等性能。在實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)理論研究之后，研究組采用工業(yè)原料于1997年11月在我國(guó)天津水泥院實(shí)驗(yàn)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)廳了擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果十分令人滿意。研究證明：磷鋁酸鹽特種水泥體系可以采用現(xiàn)行生產(chǎn)硅酸鹽水泥的生產(chǎn)線，其燃燒溫度比生產(chǎn)硅酸鹽水泥低50～70℃，co2排放量小于后者的50％以上。該體系材料所用的原材料在國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量豐富，方便易得。

　　二、技術(shù)指標(biāo)及用途

高性能磷鋁酸鹽膠凝材料體系采用不同的工藝、組成和設(shè)計(jì)，可以形成至少六個(gè)新品種材料：高早強(qiáng)型；高強(qiáng)型；超快硬早強(qiáng)型；復(fù)合型；高溫耐火型；醫(yī)用型---精細(xì)水硬生物水泥。其技術(shù)指標(biāo)及其用途分述如下：

①高早強(qiáng)型：6～8小時(shí)脫模；抗壓強(qiáng)度：12小時(shí)，35～65MPa；一年后穩(wěn)定在100MPa以上。

　　②高強(qiáng)型：1天，～55MPa；3～28大，85～95MPa：一年以后穩(wěn)定在100MPa以上。

　　③超快硬早強(qiáng)型：硬化：5～10分鐘；抗壓強(qiáng)度：30分鐘，12～14MPa；1小時(shí)，16～18MPa；3天，50MPa；28天，＞55MPa。

　?、軓?fù)合型：與425”普通硅酸鹽水泥復(fù)合，可使其提高至少一個(gè)標(biāo)號(hào)，成本僅增加15．00～25．00元／噸。

　?、莞邷匦停河不瘽{體可工作溫度：1350～1600OC。

　?、坩t(yī)用型：硬化：3～7分鐘；劈裂強(qiáng)度：12～24MPa。

　　主要用途：可用作高層建筑承重材料、預(yù)制構(gòu)件、大跨橋梁、薄殼結(jié)構(gòu)、噴射工程、設(shè)備基礎(chǔ)澆灌、道路修補(bǔ)；優(yōu)質(zhì)防滲、堵漏材料；用于機(jī)場(chǎng)跑道、隧道）涵洞等工程；用于礦井?？拥馈⒂途?、錨固；水工工程。軍工工程；用于與硅酸鹽水泥復(fù)合，改善其強(qiáng)度和耐久性；用作不定形耐火材料的水泥粘合劑；用作水硬性補(bǔ)齒、補(bǔ)骨水泥及牙托包埋水泥等。

　　三、生產(chǎn)規(guī)模及利潤(rùn)

估算水泥類型產(chǎn)量稅后利潤(rùn)

快硬，高強(qiáng) 8．01560～16000

錨固。堵漏、噴射 1．52025～3000

耐火型 0．5925～2200

精細(xì)水泥 6噸 61.6

總產(chǎn)量 10.006 4570～21260

四、市場(chǎng)

目前，我國(guó)特種水泥產(chǎn)量?jī)H占水泥總量的1%，而世界上發(fā)達(dá)國(guó)家占5～10％，其中快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)類占0．13%.其中高標(biāo)號(hào)水泥僅占0.07%.而世界上發(fā)達(dá)國(guó)家占4～8%。我國(guó)不定形耐火材料占總耐人材料量的30％，而世界上發(fā)達(dá)國(guó)家占70％左右。我國(guó)特種水泥產(chǎn)量不能滿足特殊工程需求，而高強(qiáng)水泥又嚴(yán)重短缺。2000年，預(yù)計(jì)全國(guó)水泥需求約5．5億噸，年底實(shí)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)后，低標(biāo)號(hào)水泥將壓縮約0．2億噸，缺口0．3億噸，缺口水泥主要是高標(biāo)號(hào)。高性能特種水泥。我國(guó)水泥生產(chǎn)在“九五”后兩年及“十五”做了調(diào)整，壓縮普通硅酸鹽水泥，發(fā)展特種水泥，預(yù)計(jì)我國(guó)特種水泥在2003年將達(dá)到4%。

國(guó)家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布的《“九五”國(guó)家重點(diǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)指南》中將高性能水泥列為國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)技術(shù)。1999年10月國(guó)家經(jīng)貿(mào)委又組織編制了《近期行業(yè)技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)》，其中提出建材行業(yè)發(fā)展方向和重點(diǎn)包括“日產(chǎn)700～1000噸特種水泥和高性能水泥主產(chǎn)技術(shù)及裝備?！边@是為開(kāi)發(fā)高性能混凝土而確立的配套技術(shù)。另外，據(jù)國(guó)家建材局1998年統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)水泥總產(chǎn)量5．4億噸／年中，有至少60%是立窯生產(chǎn)的425#OPC水泥。在水泥產(chǎn)業(yè)向國(guó)際市場(chǎng)邁進(jìn)，水泥質(zhì)量檢測(cè)采用IS0標(biāo)準(zhǔn)，便相當(dāng)一部分比例的水泥質(zhì)量面臨不合格危機(jī)的情況下采用PALC與0PC復(fù)合，不僅可以使OPC的質(zhì)量穩(wěn)定得到保證，而且復(fù)合后，水泥混瞬土的耐久性獲得明顯提高。僅就這3．24億噸0PC就為PALC展示了一個(gè)極為廣闊的市場(chǎng)。

　　五、投資估算

若按建新廠計(jì)，投資￥～7000萬(wàn)元，若對(duì)φ1.6m×1.9m×37m回轉(zhuǎn)窯改造，需投資約￥1200.00～1500．00萬(wàn)元；若對(duì)φ2．4m×40m回轉(zhuǎn)窯改造，需投資約￥2000.00萬(wàn)元。