随着我国国民经济的快速发展，水泥混凝土作为重要的基础材料，其需求不断增长，而资源、能源和环境的制约，使得提高相关产业的集中度和研发推广低碳技术成为重要的关注点。“十一五”以来，国家发改委、工信部、科技部、住房和城乡建设部等多个部门出台的各种政策法规和设立的科技计划，积极引导水泥混凝土行业的发展，使水泥行业的联合重组成为力度最大的5年，大大提高了水泥企业的集中度，对淘汰落后起到了重要作用，使水泥混凝土领域低碳技术的研究和推广应用显着加快，对科学发展做出了贡献。

水泥混凝土行业现状

到“十一五”末年的2010年，全国的水泥产能已达到18.7亿吨，熟料产量为11.52亿吨，其中新型干法水泥生产熟料8.2亿吨，熟料的产能比例已经超过80%。据统计，2010年，4000吨及以上水泥新型干法工艺生产线吨熟料标准煤耗预计下降到107千克以内，一些先进水泥生产企业的部分生产线已低于100千克，新型干法工艺平均水平下降到112千克标准煤。目前新的日产5000吨新型干法生产线粉尘排放基本达到100毫克，行业最好水平居国际中等偏上。近700条新型干法水泥生产线建设了余热发电系统，装机容量4786兆瓦。“十一五”期间，累计淘汰落后水泥熟料生产能力4.34亿吨，落后水泥生产能力4.03亿吨。

高性能混凝土已广泛应用于我国重点工程建设，三峡等大型水利工程采用的上千万方的中低热水泥混凝土、碱骨料反应研究成果解决了客观条件苛刻的青藏铁路建设难题，超早强高性能混凝土技术制作替代德国技术的无砟轨道板大量应用于高速铁路，高品质的聚羧酸系高性能减水剂轨道交通和道路建设等等，高性能混凝土为我国重点工程建设发挥着越来越大的作用。

取得上述优异成绩得益于我国水泥混凝土工业在自主创新、集成创新和引进消化吸收再创新方面所取得的长足进步。

水泥混凝土行业技术发展现状及“十一五”取得的成绩

“十一五”期间，在科技部的领导下，我国水泥混凝土行业围绕节能减排的相关低碳技术研究全面进入国家三大科技计划体系，成功申报多项国家科技支撑计划、国家重点基础研究计划（“973”计划）、高技术发展规划（“863”计划）的重大项目或重点项目，并取得了一批水泥混凝土行业节能减排重大技术成果，进一步推动了水泥混凝土行业的科学技术创新，为“十二五”及今后一段时间的我国新型干法工艺技术实施节能减排、资源综合利用的技术发展、高性能混凝土技术的不断深化和有效应用奠定了雄厚的基础。同时在国家发改委和工信部的支持下实施了一批节能减排科技示范项目，国家自然基金委也对应用基础研究给予了支持。

1.水泥生产制造过程的节能减排技术

水泥生产仍以高效、优质、清洁、节省资源的加工制造技术为总体发展趋势。其中包括采用工业废弃物和尾矿替代原、燃料技术、调整原料组成使之达到产品的性能与结构最优化；绿色制造技术与装备，清洁生产技术等。

在替代原、燃料技术方面，主要是利用工业废弃物和尾矿等替代建筑材料生产中的原、燃料。利用方式主要有两种：一是利用粉煤灰、煤矸石、赤泥、电石渣、各类尾矿渣等作为替代原料；二是利用废轮胎、废油、废塑料等可燃废弃物作为替代燃料。由于我国各类废渣种类多、数量大，我国水泥制造业在利用工业废渣作混合材方面，无论是理论研究还是实际应用已经处于世界领先水平，粉煤灰、矿渣已广泛应用于水泥和混凝土中，近年来通过物理和热态的化学活化等技术途径提升了钢渣的活性，磨细钢渣在水泥和混凝土中的应用得以实现。根据欧共体的统计，在其成员国中利用二次燃料替代天然燃料用于水泥生产的替代率平均为12％，全球最大的水泥制造商Laftilge公司可燃废弃物的燃料替代率在50％以上。但我国目前利用废弃物作替代燃料还没有进行系统研究。

目前我国许多种类危险废弃物、城市污泥、城市生活垃圾等没有得到很好的处置。中材集团牵头完成的“十一五”国家科技支撑计划项目“新型干法水泥生产线节能减排技术与装备研究”项目包括城市生活垃圾在水泥窑中的处置技术与装备研究，以及电石渣制水泥规模化应用技术及装备研究。北京金隅集团也已经进行了水泥窑炉协同处理废弃物的实践。

在调整原料组成技术方面，国内外最新成果多侧重于微观与宏观相结合的研究思路，具体说就是先深入研究原材料的微观组成与结构，通过设计对材料成品的微观与宏观结构进行最优化构造，最后在资源能源消耗最小化的前提下探讨材料的宏观制造方法，从而获取高性能水泥。

在由中国建筑材料科学研究总院（以下简称中国建材总院）牵头的“973”计划“高性能水泥制备和应用的基础研究”项目研究在受到各种外来离子固溶诱导下的C3S晶体晶型结构变异对C3S晶体胶凝活性的影响，后通过宏观设计将这种变异在工业化过程中加以实现。该项目在高阿利特含量的高胶凝性熟料研究方面取得实质性进展，通过提高阿利特水化活性和含量可以提高熟料强度5～10兆帕。此项技术实现了工业化生产。利用高强水泥熟料与水泥性能优化工艺技术可以使42.5等级水泥中的活化废渣混合材掺量达30%~50%，混合材掺量较国内平均水平（约20%）提高10%~30%，水泥生产综合电耗为每吨90~100千瓦时，低于目前国内新型干法水泥生产的平均电耗。在“十一五”中期立项的“973”计划“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”中，南京工业大学承担的“高介稳阿利特微结构和熟料矿物相组成优化”课题侧重通过提高阿利特高度介稳化和熟料相组成匹配，建立熟料相组成匹配模型和阿利特介稳化控制准则，获得高胶凝性水泥熟料。

其他体系水泥，如贝利特水泥（以C2S为主）、第三系列水泥—硫铝酸盐水泥都是通过调整熟料矿物组成、引入少量其他矿物组成等手段达到降低熟料烧成热耗、减少CO2排放的目的。中国建材总院和南京工业大学拥有相关发明专利并在新型干法窑成功生产，并已作为“低能耗水泥”用于水工水泥混凝土、预制混凝土、自应力混凝土等。

在绿色制造技术与装备方面，国内外的最新研究和应用主要包括新一代高能效预分解窑炉工艺技术、高固气比节能技术、无球化粉磨技术、高效冷却装备、低温高效余热发电技术等。目前国内在已有基础上研究开发了六级旋风预热器、二支承回转窑、新型高效低污染水泥工业用燃烧器等节能新技术和装备，技术指标达到国际先进水平。

西安建筑科技大学先进的高固气比技术在“十一五”期间得到了推广，节能减排效果显着。更新一代的预烧成窑炉工艺结合短窑燃烧技术目前已由中国建材总院承担的国家“973”计划“熟料分段烧成动力学及过程控制”课题开展相关基础研究。该项目将建立熟料形成过程的最佳热、动力学机制和最佳能量配置，从而建立新一代、高能效水泥窑炉工艺原型，该项目对降低熟料烧成热耗，提高熟料产量和质量具有重要意义。

“十一五”期间，国产节能粉磨装备的生产能力、技术水平大幅提高，原料立磨、煤磨立磨、水泥辊磨技术已臻成熟，已实现规模化和产业化，大量配套于新建和改建水泥生产线。由中国建材总院和合肥水泥工业设计院承担的“十一五”科技支撑计划课题“高性能水泥绿色制造工艺和装备”着重开展了水泥粉磨技术和装备的研究。该课题研发的HFCG160大型辊压机及粉磨系统有效地解决了辊压机大型化后带来的分级效率下降的问题，并在主动调整水泥成品的颗粒分布方面取得了成功的经验，整体性能与技术经济指标达到国际先进水平，超过200套的大型辊压机及其配套设备已投入运行，并已应用在铁矿石选矿、钢渣粉磨中。HRM4800大型生料立式磨粉磨技术是目前国产台时产量最高的生料立式磨，适应了不同易磨性原料的配套要求，立式磨系统单位产品吨电耗为13.53千瓦时，主要技术经济指标达到国际先进水平。该装备可替代进口，满足日产5000吨级水泥熟料生产线配套要求。突破现有粉粹理论的高效节能粉磨技术也正开展应用基础研究，南京工业大学承担的“973”计划“水泥粉磨动力学及过程控制”课题着重研究多频次小能量振动破碎和离心力场下的粉磨动力学与能量传递，得到了小能量粉碎功耗试验与理论模拟研究离心力场作用下的粉磨过程能量传递规律，在小能量粉碎功耗试验与理论模拟研究基础上，提出了分流循环粉磨工艺模型。

耐火材料在使用寿命及带来的环境污染被逐步提上议事日程。近10年来，国内外耐火材料界在寻找镁铬砖的替代材料及延长耐火材料寿命方面做了大量工作，但效果均不十分理想。在国家“863”计划的支持下，北京瑞泰科技股份有限公司研制出具有良好抗热震性和挂窑皮性能的新型镁质复相材料，并建成了1.5万吨/年的高端碱性耐火材料生产线，成为国家“863”成果产业化基地。在“十一五”期间又得到国家“863”计划的立项支持，研究水泥窑用长寿命多功能系列不定形耐火材料。已成功研制出三种具有可快速烘烤、耐高温、抗热震、耐磨、高强、优良耐碱侵蚀性能、抗剥落等优异性能的长寿命系列耐火材料，可成功解决大中型水泥窑窑口、喷煤管耐火材料寿命低下的问题，先后在数条5000吨级水泥窑上应用，取得满意的使用效果。

除此之外，水泥工业在余热发电、协同处置废弃物、清洁生产及资源综合利用等方面也取得了很多成果，并逐步在水泥行业实施或推广。