隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，水泥混凝土作為重要的基礎材料，其需求不斷增長，而資源、能源和環(huán)境的制約，使得提高相關產(chǎn)業(yè)的集中度和研發(fā)推廣低碳技術成為重要的關注點。“十一五”以來，國家發(fā)改委、工信部、科技部、住房和城鄉(xiāng)建設部等多個部門出臺的各種政策法規(guī)和設立的科技計劃，積極引導水泥混凝土行業(yè)的發(fā)展，使水泥行業(yè)的聯(lián)合重組成為力度最大的5年，大大提高了水泥企業(yè)的集中度，對淘汰落后起到了重要作用，使水泥混凝土領域低碳技術的研究和推廣應用顯著加快，對科學發(fā)展做出了貢獻。

　　水泥混凝土行業(yè)現(xiàn)狀

　　到“十一五”末年的2010年，全國的水泥產(chǎn)能已達到18.7億噸，熟料產(chǎn)量為11.52億噸，其中新型干法水泥生產(chǎn)熟料8.2億噸，熟料的產(chǎn)能比例已經(jīng)超過80%。據(jù)統(tǒng)計，2010年，4000噸及以上水泥新型干法工藝生產(chǎn)線噸熟料標準煤耗預計下降到107千克以內，一些先進水泥生產(chǎn)企業(yè)的部分生產(chǎn)線已低于100千克，新型干法工藝平均水平下降到112千克標準煤。目前新的日產(chǎn)5000噸新型干法生產(chǎn)線粉塵排放基本達到100毫克，行業(yè)最好水平居國際中等偏上。近700條新型干法水泥生產(chǎn)線建設了余熱發(fā)電系統(tǒng)，裝機容量4786兆瓦?！笆晃濉逼陂g，累計淘汰落后水泥熟料生產(chǎn)能力4.34億噸，落后水泥生產(chǎn)能力4.03億噸。

　　高性能混凝土已廣泛應用于我國重點工程建設，三峽等大型水利工程采用的上千萬方的中低熱水泥混凝土、堿骨料反應研究成果解決了客觀條件苛刻的青藏鐵路建設難題，超早強高性能混凝土技術制作替代德國技術的無砟軌道板大量應用于高速鐵路，高品質的聚羧酸系高性能減水劑軌道交通和道路建設等等，高性能混凝土為我國重點工程建設發(fā)揮著越來越大的作用。

　　取得上述優(yōu)異成績得益于我國水泥混凝土工業(yè)在自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新方面所取得的長足進步。

　　水泥混凝土行業(yè)技術發(fā)展現(xiàn)狀及“十一五”取得的成績

　　“十一五”期間，在科技部的領導下，我國水泥混凝土行業(yè)圍繞節(jié)能減排的相關低碳技術研究全面進入國家三大科技計劃體系，成功申報多項國家科技支撐計劃、國家重點基礎研究計劃（“973”計劃）、高技術發(fā)展規(guī)劃（“863”計劃）的重大項目或重點項目，并取得了一批水泥混凝土行業(yè)節(jié)能減排重大技術成果，進一步推動了水泥混凝土行業(yè)的科學技術創(chuàng)新，為“十二五”及今后一段時間的我國新型干法工藝技術實施節(jié)能減排、資源綜合利用的技術發(fā)展、高性能混凝土技術的不斷深化和有效應用奠定了雄厚的基礎。同時在國家發(fā)改委和工信部的支持下實施了一批節(jié)能減排科技示范項目，國家自然基金委也對應用基礎研究給予了支持。

　　1.水泥生產(chǎn)制造過程的節(jié)能減排技術

　　水泥生產(chǎn)仍以高效、優(yōu)質、清潔、節(jié)省資源的加工制造技術為總體發(fā)展趨勢。其中包括采用工業(yè)廢棄物和尾礦替代原、燃料技術、調整原料組成使之達到產(chǎn)品的性能與結構最優(yōu)化；綠色制造技術與裝備，清潔生產(chǎn)技術等。

　　在替代原、燃料技術方面，主要是利用工業(yè)廢棄物和尾礦等替代建筑材料生產(chǎn)中的原、燃料。利用方式主要有兩種：一是利用粉煤灰、煤矸石、赤泥、電石渣、各類尾礦渣等作為替代原料；二是利用廢輪胎、廢油、廢塑料等可燃廢棄物作為替代燃料。由于我國各類廢渣種類多、數(shù)量大，我國水泥制造業(yè)在利用工業(yè)廢渣作混合材方面，無論是理論研究還是實際應用已經(jīng)處于世界領先水平，粉煤灰、礦渣已廣泛應用于水泥和混凝土中，近年來通過物理和熱態(tài)的化學活化等技術途徑提升了鋼渣的活性，磨細鋼渣在水泥和混凝土中的應用得以實現(xiàn)。根據(jù)歐共體的統(tǒng)計，在其成員國中利用二次燃料替代天然燃料用于水泥生產(chǎn)的替代率平均為12％，全球最大的水泥制造商Laftilge公司可燃廢棄物的燃料替代率在50％以上。但我國目前利用廢棄物作替代燃料還沒有進行系統(tǒng)研究。

　　目前我國許多種類危險廢棄物、城市污泥、城市生活垃圾等沒有得到很好的處置。中材集團牽頭完成的“十一五”國家科技支撐計劃項目“新型干法水泥生產(chǎn)線節(jié)能減排技術與裝備研究”項目包括城市生活垃圾在水泥窯中的處置技術與裝備研究，以及電石渣制水泥規(guī)?；瘧眉夹g及裝備研究。北京金隅集團也已經(jīng)進行了水泥窯爐協(xié)同處理廢棄物的實踐。

　　在調整原料組成技術方面，國內外最新成果多側重于微觀與宏觀相結合的研究思路，具體說就是先深入研究原材料的微觀組成與結構，通過設計對材料成品的微觀與宏觀結構進行最優(yōu)化構造，最后在資源能源消耗最小化的前提下探討材料的宏觀制造方法，從而獲取高性能水泥。

　　在由中國建筑材料科學研究總院（以下簡稱中國建材總院）牽頭的“973”計劃“高性能水泥制備和應用的基礎研究”項目研究在受到各種外來離子固溶誘導下的C3S晶體晶型結構變異對C3S晶體膠凝活性的影響，后通過宏觀設計將這種變異在工業(yè)化過程中加以實現(xiàn)。該項目在高阿利特含量的高膠凝性熟料研究方面取得實質性進展，通過提高阿利特水化活性和含量可以提高熟料強度5～10兆帕。此項技術實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。利用高強水泥熟料與水泥性能優(yōu)化工藝技術可以使42.5等級水泥中的活化廢渣混合材摻量達30%~50%，混合材摻量較國內平均水平（約20%）提高10%~30%，水泥生產(chǎn)綜合電耗為每噸90~100千瓦時，低于目前國內新型干法水泥生產(chǎn)的平均電耗。在“十一五”中期立項的“973”計劃“水泥低能耗制備與高效應用的基礎研究”中，南京工業(yè)大學承擔的“高介穩(wěn)阿利特微結構和熟料礦物相組成優(yōu)化”課題側重通過提高阿利特高度介穩(wěn)化和熟料相組成匹配，建立熟料相組成匹配模型和阿利特介穩(wěn)化控制準則，獲得高膠凝性水泥熟料。

　　其他體系水泥，如貝利特水泥（以C2S為主）、第三系列水泥—硫鋁酸鹽水泥都是通過調整熟料礦物組成、引入少量其他礦物組成等手段達到降低熟料燒成熱耗、減少CO2排放的目的。中國建材總院和南京工業(yè)大學擁有相關發(fā)明專利并在新型干法窯成功生產(chǎn)，并已作為“低能耗水泥”用于水工水泥混凝土、預制混凝土、自應力混凝土等。

　　在綠色制造技術與裝備方面，國內外的最新研究和應用主要包括新一代高能效預分解窯爐工藝技術、高固氣比節(jié)能技術、無球化粉磨技術、高效冷卻裝備、低溫高效余熱發(fā)電技術等。目前國內在已有基礎上研究開發(fā)了六級旋風預熱器、二支承回轉窯、新型高效低污染水泥工業(yè)用燃燒器等節(jié)能新技術和裝備，技術指標達到國際先進水平。

　　西安建筑科技大學先進的高固氣比技術在“十一五”期間得到了推廣，節(jié)能減排效果顯著。更新一代的預燒成窯爐工藝結合短窯燃燒技術目前已由中國建材總院承擔的國家“973”計劃“熟料分段燒成動力學及過程控制”課題開展相關基礎研究。該項目將建立熟料形成過程的最佳熱、動力學機制和最佳能量配置，從而建立新一代、高能效水泥窯爐工藝原型，該項目對降低熟料燒成熱耗，提高熟料產(chǎn)量和質量具有重要意義。

　　“十一五”期間，國產(chǎn)節(jié)能粉磨裝備的生產(chǎn)能力、技術水平大幅提高，原料立磨、煤磨立磨、水泥輥磨技術已臻成熟，已實現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，大量配套于新建和改建水泥生產(chǎn)線。由中國建材總院和合肥水泥工業(yè)設計院承擔的“十一五”科技支撐計劃課題“高性能水泥綠色制造工藝和裝備”著重開展了水泥粉磨技術和裝備的研究。該課題研發(fā)的HFCG160大型輥壓機及粉磨系統(tǒng)有效地解決了輥壓機大型化后帶來的分級效率下降的問題，并在主動調整水泥成品的顆粒分布方面取得了成功的經(jīng)驗，整體性能與技術經(jīng)濟指標達到國際先進水平，超過200套的大型輥壓機及其配套設備已投入運行，并已應用在鐵礦石選礦、鋼渣粉磨中。HRM4800大型生料立式磨粉磨技術是目前國產(chǎn)臺時產(chǎn)量最高的生料立式磨，適應了不同易磨性原料的配套要求，立式磨系統(tǒng)單位產(chǎn)品噸電耗為13.53千瓦時，主要技術經(jīng)濟指標達到國際先進水平。該裝備可替代進口，滿足日產(chǎn)5000噸級水泥熟料生產(chǎn)線配套要求。突破現(xiàn)有粉粹理論的高效節(jié)能粉磨技術也正開展應用基礎研究，南京工業(yè)大學承擔的“973”計劃“水泥粉磨動力學及過程控制”課題著重研究多頻次小能量振動破碎和離心力場下的粉磨動力學與能量傳遞，得到了小能量粉碎功耗試驗與理論模擬研究離心力場作用下的粉磨過程能量傳遞規(guī)律，在小能量粉碎功耗試驗與理論模擬研究基礎上，提出了分流循環(huán)粉磨工藝模型。

　　耐火材料在使用壽命及帶來的環(huán)境污染被逐步提上議事日程。近10年來，國內外耐火材料界在尋找鎂鉻磚的替代材料及延長耐火材料壽命方面做了大量工作，但效果均不十分理想。在國家“863”計劃的支持下，北京瑞泰科技股份有限公司研制出具有良好抗熱震性和掛窯皮性能的新型鎂質復相材料，并建成了1.5萬噸/年的高端堿性耐火材料生產(chǎn)線，成為國家“863”成果產(chǎn)業(yè)化基地。在“十一五”期間又得到國家“863”計劃的立項支持，研究水泥窯用長壽命多功能系列不定形耐火材料。已成功研制出三種具有可快速烘烤、耐高溫、抗熱震、耐磨、高強、優(yōu)良耐堿侵蝕性能、抗剝落等優(yōu)異性能的長壽命系列耐火材料，可成功解決大中型水泥窯窯口、噴煤管耐火材料壽命低下的問題，先后在數(shù)條5000噸級水泥窯上應用，取得滿意的使用效果。

　　除此之外，水泥工業(yè)在余熱發(fā)電、協(xié)同處置廢棄物、清潔生產(chǎn)及資源綜合利用等方面也取得了很多成果，并逐步在水泥行業(yè)實施或推廣。

　　2.高性能混凝土研究和應用技術

　　我國對高性能混凝土的研究基本與國際同步。在多個國家大型科研項目的支持下，我國在高性能混凝土新材料研發(fā)，耐久性控制、設計和施工技術等方面取得突破，開發(fā)了多品種的工業(yè)廢渣摻合料，通過物理活化和化學活化解決早期活性、抗裂、收縮等問題，并大量應用；從控制各種原材料的氯離子和含堿量入手控制混凝土的堿集料反應和鋼筋銹蝕反應，全國很多地區(qū)和大型工程都建立了堿集料反應分布圖和安全集料礦山；清水混凝土技術及自流平混凝土制作的大型體育館看臺、盾構管片、大口徑預應力鋼筒混凝土管都達到國際領先水平。高性能混凝土技術已推廣應用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調、田灣核電站、首都機場新航站樓、煤礦建井等多個國家重點工程中，并取得了顯著成績。

　　高性能混凝土取得的進展為：（1）通過系統(tǒng)研究對混凝土結構耐久性設計提出了基本規(guī)定?；炷两Y構耐久性的損傷主要是結構在使用期間環(huán)境有害介質的物理化學侵蝕傷害，隨著環(huán)境條件與設計使用年限不同，其可能出現(xiàn)的侵蝕傷害程度也不同。對于重大、重要工程應該按照100年壽命來設計混凝土。這其中預防堿集料反應和鋼筋銹蝕的措施在耐久性工程中最為重視。目前，工程界已經(jīng)可以按照單一破壞原因來提出長壽命材料保證措施。（2）高性能混凝土用化學外加劑快速發(fā)展。其中發(fā)展最突出的是聚羧酸系高性能減水劑，它具有較高的減水率、良好的坍落度保持性能和一定的引氣性，生產(chǎn)工藝比萘系簡單。國內科研單位開發(fā)了多種具有創(chuàng)新性和實用性的外加劑產(chǎn)品。這些外加劑對控制混凝土體積變形、促進早期強度發(fā)展、減少動態(tài)坍落度損失等方面有特殊功能，成果在多家企業(yè)生產(chǎn)，在國家高鐵等重要工程中大量應用，獲得了很高的技術經(jīng)濟和社會效益。（3）長壽命混凝土的研究和應用范圍日漸擴大。我國將高性能混凝土的研究范圍由高強度高性能混凝土擴大到中等強度等級高性能混凝土，針對C30~C50強度范圍內的混凝土的高性能化進行了系統(tǒng)的研究。結果表明：中等強度等級的C30~C50混凝土可以通過材料優(yōu)選、混凝土配合比設計、嚴格的施工管理達到高性能化，不僅材料成本沒有大的增加，而且從延長混凝土使用壽命，減少工程維修費用的角度來說意義更為重大。

　　在針對工程實際情況開展的多因素協(xié)同作用下水泥基材料耐久性研究越來越多，東南大學、中國建材總院等單位都開展了多因素協(xié)同作用條件下水泥基材料失效機理的研究。中國建材總院借助國家“973”計劃的支持，結合工程實際研究揭示了高性能水泥基材料在化學介質腐蝕、凍融循環(huán)、荷載等環(huán)境因素及其在二因素、三因素和四因素協(xié)同作用下的損傷失效行為規(guī)律，并指導工程應用。

　　目前全世界都已經(jīng)把高性能混凝土的研究重點集中到混凝土服役壽命的設計方面。國際結構混凝土聯(lián)合會在2006年6月提出了全概率方法的壽命設計流程圖，法國土木工程師學會在2007年提出了混凝土結構服役壽命設計指南，歐盟也正在研究提出一個過渡的基于性能的耐久性設計方法。我國的GB/T50476-2008《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》也是吸納了最新的國內高性能混凝土耐久性研究最新成果，根據(jù)混凝土的環(huán)境條件進行分級，規(guī)定混凝土的最大水膠比和最小水泥用量等參數(shù)來進行耐久性設計。混凝土服役壽命的設計研究建立的耐久性模型尚有許多不確定因素，有些模型參數(shù)還不能量化，確定這些參數(shù)的難度較大，另外還缺少重復性好的測試方法，對有些破壞類型還缺少可靠的模型，如干濕循環(huán)和硫酸鹽腐蝕等。針對這些問題，在以中國建材總院為主承擔的“973”計劃“水泥基材料的產(chǎn)物與結構穩(wěn)定性及服役行為”課題，以提高水泥基材料耐久性為研究重點，研究服役條件下水泥基材料的行為表現(xiàn)及其耐久性變化規(guī)律，闡明水泥基材料的性能劣化機理，建立基于混凝土耐久性的材料組成設計和壽命預測的理論與方法，建立混凝土壽命預測模型。為水泥的組成優(yōu)化制備和使用提供理論指導。

　　針對我國目前水泥混凝土路面壽命短、行車舒適性差的問題，中國建材總院在“十一五”科技支撐計劃“高性能道路水泥混凝土路面關鍵技術”課題研究中，應用現(xiàn)代高強混凝土技術、彈性混凝土技術、輕集料混凝土技術，結合路用特點，研究開發(fā)高性能水泥混凝土路面、防滑降噪柔韌型水泥混凝土路面、輕集料混凝土在橋面上的鋪裝技術，在實現(xiàn)大量利用工業(yè)廢棄物的同時，開發(fā)出抗彎拉強度大于7～8兆帕（韌性保持不變）、高耐磨性能、使用年限超過30年的路面材料，有效解決了混凝土路面的耐久性問題。

　　混凝土廢棄后的循環(huán)利用也是近年混凝土行業(yè)研究的熱點。日本全國建筑廢棄物實現(xiàn)資源再利用率已超過50%，其中廢棄混凝土利用率更高，目前，日本已經(jīng)形成成熟的建筑垃圾處理技術。美國、德國等國家憑借經(jīng)濟實力與科技優(yōu)勢，采用高新技術處理建筑垃圾。如美國采用微波技術處理回收的瀝青混凝土路面，利用率達100%，成本降低且質量相同。德國的干餾燃燒垃圾處理工藝，可以使垃圾中各種再生材料干凈地分離出來，再回收利用，有效地解決了垃圾占用土地的問題。我國建筑垃圾的研究和利用相比發(fā)達國家重視不夠，研究水平和應用情況差距很大，研究成果比較集中是通過物理手段將廢棄混凝土、磚瓦制成再生集料替代天然砂石生產(chǎn)商品混凝土、新型墻體材料等并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。四川大地震后，中國建材總院組織完成了國家科技支撐計劃“地震災區(qū)建筑垃圾資源化與抗震節(jié)能房屋示范”項目。通過集成創(chuàng)新，在地震災區(qū)實現(xiàn)了建筑垃圾資源化，并建設了兩條具有一定規(guī)模的示范生產(chǎn)線，并以建筑垃圾為原料生產(chǎn)了多種再生混凝土制品（砌塊、墻板、構件）示范生產(chǎn)線，為災區(qū)重建和建筑垃圾應用起到了示范作用。

　　“十二五”水泥混凝土技術發(fā)展方向

　　圍繞《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》“重點領域”中的優(yōu)先主題“制造業(yè)”等方向，針對水泥混凝土制造業(yè)節(jié)能減排和國家重大工程對水泥混凝土材料功能化、長壽命的需求，大力研究推廣低碳技術，滿足國家建設需求，使水泥混凝土行業(yè)科學、可持續(xù)發(fā)展。對水泥窯爐及工藝技術、降低成本減排技術進行創(chuàng)新研究和示范，使水泥工業(yè)的節(jié)能減排指標達到國際先進水平。開展重大工程用水泥混凝土材料的研究及應用，滿足核電、水電、高速鐵（公）路等重大工程的迫切需求。發(fā)展水泥工業(yè)協(xié)同處置大宗、難以處置、環(huán)境危害較大的廢棄物技術，體現(xiàn)建材工業(yè)在循環(huán)經(jīng)濟中的作用，實現(xiàn)建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　“十二五”水泥混凝土領域技術重點發(fā)展方向：

　　1.繼續(xù)開展水泥制造低碳技術的研究與推廣。繼續(xù)推廣已有的節(jié)能減排新技術，為水泥工業(yè)結構調整和轉型提供科技支撐。在水泥窯爐設計、工藝技術、替代原燃料與原料減量化技術、高效燃燒技術、耐高溫材料研究與制備、余熱高效利用、粉塵、NOx、CO2減排、提高質量等方面開展創(chuàng)新性研究，取得一批具有自主知識產(chǎn)權、趕超國際先進水平的技術創(chuàng)新成果，提升我國在建材制造業(yè)領域自主和持續(xù)創(chuàng)新能力，實現(xiàn)我國建材制造技術領域的跨越式發(fā)展。

　　2.重點開發(fā)重大工程水泥與混凝土應用技術。繼續(xù)圍繞提高混凝土工程使用壽命開展研究與應用。特別是由于國家重大工程結構形式復雜化、使用環(huán)境劣化，對基礎材料的功能和耐久性提出了更新、更高的要求，針對現(xiàn)有水泥與混凝土性能不能滿足工程質量和使用壽命的特殊要求等重大問題，開發(fā)一批整體達到國際先進水平的新材料并在工程中應用，攻克滿足重大工程高質量、長壽命需求的水泥混凝土關鍵技術，建立新材料產(chǎn)業(yè)化基地及重大工程實施項目，實現(xiàn)重大工程安全使用壽命提高1倍，形成我國自主知識產(chǎn)權的技術體系。

　　3.突破綜合利用和協(xié)同處理技術。通過研究水泥窯爐綜合利用和協(xié)同處置廢棄物關鍵技術和裝備，一方面充分利用廢棄物的殘余熱值，另一方面協(xié)同處置了大宗、難以處置、環(huán)境危害較大的工農(nóng)業(yè)和生活廢棄物，體現(xiàn)了綠色建材在社會大循環(huán)中的作用和價值，實現(xiàn)水泥混凝土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　4.發(fā)展可替代原、燃料的利用。低碳經(jīng)濟時期水泥行業(yè)節(jié)能減排的重點更多的要轉向可替代原、燃料的利用，這是水泥生產(chǎn)的大勢所趨，在這方面我國企業(yè)與國際一流企業(yè)還有差距?？梢灶A期隨著煤炭價格繼續(xù)上漲，成本壓力的增大，水泥企業(yè)會考慮減少煤炭的使用量，尋求一些可替代原、燃料，不但可以降低成本，也是低碳發(fā)展的途徑。

　　科技創(chuàng)新、發(fā)展低碳技術既是應對危機、解除“近憂”的手段，也是調整經(jīng)濟結構、轉變發(fā)展方式、實現(xiàn)科學發(fā)展的最好方法。剛剛閉幕的全國人大十一屆四次會議上，溫家寶總理提出了科學發(fā)展、轉型調結構和關注民生，再一次給水泥混凝土行業(yè)的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。今后的10年是建材行業(yè)發(fā)展的黃金10年，也是需要低碳技術支撐建材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的10年。我們要以科技創(chuàng)新和低碳技術引領行業(yè)的科學發(fā)展，為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出應有的貢獻。