高贝利特水泥与水泥低碳经济发展

1、高贝利特水泥高贝利特水泥与水泥低碳经济发展与水泥低碳经济发展目录Part I: 前前 言言水泥与低碳经济水泥与低碳经济节能减排、气候变化 国际热点国际热点荷兰环境评估局荷兰环境评估局公布数据: 2007年中国的CO2排放量（67.2亿吨）约占世界总排放量（276亿吨）的1/4，加上排放量第二的美国（59亿吨），共占了全球CO2总排放量的46%。排名前五的中国、美国、欧盟、印度和俄罗斯占了总排放量的71%。而中国的人均排放量为5.1吨，仅占美国人均19.4吨的约1/4。 一项新的研究表明，西方应对中国温室气体的排放付上全部责任。报告指出，近年来在中国的二氧化碳排放的增长，一半是由于为其他国家，特

2、别是发达国家生产产品的制造业引起的 英国卫报英国卫报 2009年02月23日 基于消费量而非CO2的排放量来统计的新思路，即扣除海外排放量地球物理研究快报地球物理研究快报发展中国家发展中国家: 共同但有区别的责任共同但有区别的责任前言 波特兰水泥波特兰水泥人类主要的建筑材料人类主要的建筑材料 对全球对全球 CO2 排放占排放占5%WWF-A blueprint for a climate friendly cement industry前言中国中国水泥砼最大的生产与应用国水泥砼最大的生产与应用国195019501.4 Mil. Tons1.4 Mil. Tons2009年年 CO2 排放估算排

3、放估算 : 9 亿吨亿吨 (1.63 biln. = 900 mil. t )熟料排放系数熟料排放系数水泥排放系数水泥排放系数水泥及熟料CO2 排放系数(中国工程院、中国水泥协会数据) 我国水泥碳排放我国水泥碳排放节能减排主题节能减排主题我国水泥工业发展面临的挑战我国水泥工业发展面临的挑战 结构问题结构问题 (产业、产品产业、产品) 能源资源消耗（能源资源消耗（1.2-1.3t石灰石，石灰石，0.2-0.25t粘土，粘土， 0.1-0.15t标煤标煤/t熟料）熟料） 环境负荷环境负荷 （0.85t CO2/t熟料，熟料，SO2，NOx，dust） 性能性能 （质量稳定性）（质量稳定性）混凝土性

4、能最大的问题混凝土性能最大的问题耐久性耐久性 高性能砼高性能砼要求水泥高性能化要求水泥高性能化l 水泥制备水泥制备熟料矿物熟料矿物组成组成： 熟料熟料组成创新、新矿物组成创新、新矿物的引入的引入水泥材料水泥材料组成：组成： 高胶凝性混和材高胶凝性混和材工艺技术装备工艺技术装备： 高效节能环保高效节能环保粉磨系统、预热发粉磨系统、预热发 电、新型干法烧成系统电、新型干法烧成系统替代原燃材料替代原燃材料： 工业、城市工业、城市废弃物资源化废弃物资源化利用利用l 水泥应用水泥应用混凝土性能：混凝土性能： 提高混凝土的提高混凝土的耐久性、工程寿命耐久性、工程寿命水泥工程技术不断进步水泥工程技术不断进步

5、 NSP yes, what else?水泥生产规模不断扩大水泥生产规模不断扩大 150-12000t/d水泥水泥阿利特阿利特(C3S)主导矿物主导矿物水泥水泥180年不变，未来？年不变，未来？IEA-CSI水泥技术路线图水泥技术路线图 2009碳排放的碳排放的4个减排途径个减排途径提高热效与电效提高热效与电效 使用替代燃料使用替代燃料熟料替代熟料替代 碳捕集与碳储存（碳捕集与碳储存（CCS） 富有潜力的低碳水泥富有潜力的低碳水泥熟料替代 2050 2050 水泥行业碳减排愿景水泥行业碳减排愿景传统硅酸盐水泥（传统硅酸盐水泥（Portland Cement, PC）的不足）的不足 硅酸盐水泥的

6、主要组成 硅酸三钙硅酸三钙, 3CaOSiO2, C3S, 阿利特阿利特, 50-65% 制备制备：能耗问题能耗问题（烧成温度高，烧成温度高，1450) 环境问题环境问题（ CO2排放量大，排放量大，0.85t CO2/t 熟料熟料 ） 性能性能：耐久性问题耐久性问题（水化放热高，温度裂缝）（水化放热高，温度裂缝） （干燥收缩大，收缩裂缝）（干燥收缩大，收缩裂缝） ( 水化产物水化产物CH多，界面结构，侵蚀多，界面结构，侵蚀) ( 抗折强度低，韧性问题抗折强度低，韧性问题)水泥水泥人类社会与经济发展主要的基础材料人类社会与经济发展主要的基础材料Part II: 问题：问题：贝利特矿物的稳定和活

7、化，贝利特矿物的稳定和活化， 强度难以达到实际工程要求强度难以达到实际工程要求 高贝利特水泥（高贝利特水泥（High Belite Cement，HBC） HBC：C2S 40%， C3S 20-35% 特点：特点：烧成温度低，后期强度高、低排放、耐久性好烧成温度低，后期强度高、低排放、耐久性好 国际水泥材料研究持续半个世纪的热点国际水泥材料研究持续半个世纪的热点 日本、德国、俄罗斯、印度、中国等均进行相关研发 防止防止、 晶型转变晶型转变 显著提高水泥活性显著提高水泥活性贝利特矿物的稳定与活化贝利特矿物的稳定与活化500780 860690680 6301160 H L1425C2S的多晶转

8、变图的多晶转变图 (H.F.W. Taylor) 节能、环保、低资源消耗、低成本节能、环保、低资源消耗、低成本烧成温度低：烧成温度低：降低降低100，节煤，节煤10% 以上以上石灰石消耗少：石灰石消耗少：降低降低 5% 10%， 可利用低品位原料可利用低品位原料约降低约降低10%（节煤、低石灰石消耗）（节煤、低石灰石消耗）相应减少相应减少高贝利特水泥在特点（与（与PC对比对比）PC: C3S=50-65%，C2S=15-30%MHC: C3S=45-55%，C2S=20-30% HBC: C3S=15-35%，C2S=40-60% HBC特色、高强、高耐久性HBC: 低热水泥低热水泥 MHC:

9、 中热水泥中热水泥 PC: 通用水泥通用水泥PCMHCHBCPCMHCHBC HBC特色、高强高强、高耐久性HBC: 低热水泥低热水泥MHC:中热水泥中热水泥PC: 通用水泥通用水泥PCMHCHBC HBC性能性能特色特色、高强高强、高耐久性高于标准养护温度条件下HBC、PC的强度发展规律PCHBC3天天01020304050601020304050607080养护温度，养护温度，抗压强度，抗压强度，MPaHBCPC HBC特色、高强、高耐久性高耐久性 HBC特色、高强、高耐久性高耐久性China Building Materials Academy 简化水化通式： 2C3S+7HC3S2H4

10、 + 3 CH 理论值QAlite= -517 kJ/kg 2C2S+5HC3S2H4 + 1 CH 理论值QBelite= -262 kJ/kg 100g C3S 79 g C-S-H & 48 g CH 100g C2S 105g C-S-H & 21.5g CHChina Building Materials AcademyStandardCompressive, 7dMPaMPaCompressive, 28dMPaMPaChina GB200-200313.013.042.542.5USA ASTM C1507.017.017.0Japan JIS R 5217.522.522.5C

11、omparison of Chinese Standard with International Standardsfor HBCv优异的工作性、力学性能、耐久性优异的工作性、力学性能、耐久性v优异的优异的热学性能热学性能 HBC大坝混凝土大坝混凝土绝热温升降低绝热温升降低35，有利于大坝温控防裂，有利于大坝温控防裂v优异的优异的抗裂性能抗裂性能 HBC大坝混凝土大坝混凝土干缩低干缩低，极限拉伸大极限拉伸大，抗折及抗拉强度高抗折及抗拉强度高， 自生体积变形为微膨胀自生体积变形为微膨胀，有利于大坝混凝土抗裂性和耐久性，有利于大坝混凝土抗裂性和耐久性 提高提高HBC高抗裂新型大坝混凝土高抗裂新型大

12、坝混凝土 （与三峡（与三峡MHC大坝混凝土相比）大坝混凝土相比） HBC 高性能混凝土高性能混凝土工作性、力学性能、耐久性工作性、力学性能、耐久性HBC混凝土抗裂能力优于三峡用MHC混凝土v 抗裂能力抗裂能力( (极限抗拉强度极限抗拉强度) )v 抗裂安全系数抗裂安全系数k k ( (温度应力温度应力) )v 混凝土抗裂系数混凝土抗裂系数R R( (变形性变形性) )MHCHBCHBC高抗裂新型大坝混凝土高抗裂新型大坝混凝土三峡大坝现场在线监测结果l自生体积变形：自生体积变形：HBC混凝土呈微膨胀型混凝土呈微膨胀型l实测混凝土温升：实测混凝土温升：HBC混凝土最高温度比混凝土最高温度比MHC混

13、凝土低混凝土低35，且，且HBC混凝土整个温度变化过程比较平缓混凝土整个温度变化过程比较平缓HBC高抗裂新型大坝混凝土高抗裂新型大坝混凝土右非右非2坝段坝段管槽回填管槽回填导流底孔封堵导流底孔封堵三期纵向围堰三期纵向围堰C段加固段加固HBC高抗裂大坝混凝土在三峡工程应用HBC高抗裂新型大坝混凝土高抗裂新型大坝混凝土v 大体积砼尤其水工砼、高强高性能砼大体积砼尤其水工砼、高强高性能砼低热、高强、低热、高强、高抗裂高抗裂v 路桥工程路桥工程高抗折、高耐化学侵蚀、高抗冲耐磨、高高抗折、高耐化学侵蚀、高抗冲耐磨、高抗裂、低收缩抗裂、低收缩 v 混凝土制品及油田修井、特殊用途混凝土制品及油田修井、特殊用