十三五期間特種水泥發(fā)展報(bào)告

特種水泥是指較通用水泥而言具有某些特殊性能或特種功能，以滿足各行業(yè)工程建設(shè)特殊需求為目的的水泥，被稱為水泥“皇冠上的明珠”。它的誕生大大拓展了水泥產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和層次，是國內(nèi)重大工程不可或缺的基礎(chǔ)材料。發(fā)展特種水泥，也是中國水泥行業(yè)推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)、培育行業(yè)發(fā)展新動(dòng)能、提升行業(yè)科技創(chuàng)新水平的重要體現(xiàn)。多品種優(yōu)質(zhì)特種水泥的應(yīng)用助力了國家重大工程建設(shè)，為保障工程建設(shè)進(jìn)度和工程質(zhì)量提供了強(qiáng)有力的支撐。

一、十三五期間國家需求與行業(yè)政策

根據(jù)2016年發(fā)布的《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》，全國各部委各區(qū)域均提出了相應(yīng)的“十三五”規(guī)劃，如《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、《全國海洋經(jīng)濟(jì)“十三五”規(guī)劃》、《西部大開發(fā)“十三五”規(guī)劃》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》等等。

2017年6月中國水泥協(xié)會(huì)發(fā)布的《水泥工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中也明確提出：加快產(chǎn)品升級(jí),延伸水泥產(chǎn)業(yè)鏈。主要包括：1）淘汰復(fù)合32.5 水泥，鼓勵(lì)生產(chǎn)和使用42.5 及以上等級(jí)水泥，優(yōu)先發(fā)展特種專用水泥（海洋、港口、核電、道路等工程）。2）推廣無鉻耐火材料、長壽命新型耐火材料、微孔結(jié)構(gòu)高效隔熱材料等。3）加快發(fā)展砂石骨料、高性能拌混凝土、預(yù)拌砂漿及混凝土制品等產(chǎn)業(yè)，延伸水泥產(chǎn)業(yè)鏈。

這些政策都引領(lǐng)特種水泥的品種創(chuàng)新，推動(dòng)特種水泥的高質(zhì)量發(fā)展，對(duì)加快推進(jìn)重大工程項(xiàng)目實(shí)施，貫徹落實(shí)新發(fā)展理念、推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實(shí)現(xiàn)特種水泥的穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、補(bǔ)短板具有重要作用。

二、特種水泥的創(chuàng)新及高質(zhì)量發(fā)展

特種水泥的定義，是按照特種水泥的突出性能或者用途進(jìn)行分類的，因此在市場(chǎng)應(yīng)用時(shí)由于對(duì)特種水泥的性能不了解，造成特種水泥應(yīng)用存在著一定程度的受限?！笆濉币?guī)劃涉及了多項(xiàng)重大工程，如：高速鐵路營業(yè)里程達(dá)到3萬公里，覆蓋80%以上的大城市；新建改建高速公路通車?yán)锍碳s3萬公里；建設(shè)川藏鐵路等沿邊鐵路；建成北京新機(jī)場(chǎng)，新增民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)50個(gè)以上；改造建設(shè)百萬公里農(nóng)村公路。大力推進(jìn)上海、天津、大連、廈門等國際航運(yùn)中心建設(shè)；提高港口智能化水平。建設(shè)城市群交通圈，新增城市軌道交通運(yùn)營里程約3000公里。開工建設(shè)常規(guī)水電6000萬千瓦；核電運(yùn)行裝機(jī)容量達(dá)到5800萬千瓦，在建達(dá)到3000萬千瓦以上；推動(dòng)致密油、油砂、深海石油勘探開發(fā)和油頁巖綜合開發(fā)利用；建設(shè)水電基地和大型煤電基地外送電通道。建設(shè)引黃入冀補(bǔ)淀、引江濟(jì)淮、引漢濟(jì)渭、滇中引水、引大濟(jì)湟、引綽濟(jì)遼等多項(xiàng)重大引調(diào)水工程；推進(jìn)南水北調(diào)東中線后續(xù)工程建設(shè)；建設(shè)西藏拉洛、浙江朱溪、福建霍口、黑龍江奮斗、湖南莽山、云南阿崗等大型水庫；建設(shè)西江大藤峽、淮河出山店、新疆阿爾塔什等流域控制性樞紐工程；基本完成流域面積3000平方公里及以上的244條重要河流治理。建設(shè)50個(gè)工業(yè)廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)基地，工業(yè)污染源全面達(dá)標(biāo)排放。

這些重大工程項(xiàng)目的建設(shè)，面臨許多超常規(guī)的工程建設(shè)環(huán)境和工程規(guī)模，例如川藏高鐵沿線地處強(qiáng)紫外線、大溫差、大風(fēng)干燥、高地應(yīng)力、高地?zé)?、頻繁凍融、復(fù)雜介質(zhì)等嚴(yán)酷的地質(zhì)和環(huán)境條件，是迄今為止人類歷史上最復(fù)雜、最具挑戰(zhàn)性的鐵路工程項(xiàng)目，建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)極高，對(duì)建設(shè)用混凝土的抗裂性、抗凍融及其耐久性提出了極高要求。我國石油采集深度深、難度大、成本高，加之我國復(fù)雜至極的地質(zhì)地貌條件，使得能源采集環(huán)境顯得尤為苛刻。每往下挖100米，地溫將升高2℃～3℃，也就是說井深達(dá)8882米（塔里木油田輪探1井）時(shí)，油井水泥將處于230℃～240℃左右溫度環(huán)境下，此外還需要承受高于地面數(shù)百倍的壓強(qiáng)。而固井中下灌的油井水泥必須在0℃～240℃這個(gè)巨額的溫度區(qū)間中保持穩(wěn)定的壓強(qiáng)、溫度、流動(dòng)性、黏性以及硬化后的韌性、硬度等一系列復(fù)雜的條件。在水泥漿下灌過程中，還需嚴(yán)格控制水泥漿凝固時(shí)間，也就是說要讓同一種水泥在不同的溫度和壓力條件下按照規(guī)定時(shí)間實(shí)現(xiàn)快速凝固成型，難度可想而知。除了施工時(shí)的難度，固井所用的水泥還需維持10～15年使用壽命。后期固井水泥環(huán)如果出現(xiàn)裂紋，裂紋受到地下壓強(qiáng)的影響逐步擴(kuò)大，則極有可能會(huì)導(dǎo)致油氣外漏，更嚴(yán)重者甚至?xí)斐删畤姷葠盒允录陌l(fā)生。海洋混凝土直接面臨海水侵蝕、海風(fēng)風(fēng)力帶動(dòng)的橫向作用力、海浪沖刷、海洋微生物附著等復(fù)雜條件，其結(jié)構(gòu)耐久性遭受挑戰(zhàn)，如高氯鹽引起的混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕、硫酸鹽引起的混凝土膨脹開裂、干濕循環(huán)作用下混凝土孔隙增大等問題，對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)用混凝土的抗裂性、抗侵蝕、抗沖刷、耐久性提出了極高要求；另一方面，混凝土澆筑量達(dá)好幾百立方米，為典型的大體積混凝土，對(duì)混凝土的溫控防裂提出極高要求。

這些前所未有的工程難題不僅需要大量的高質(zhì)量特種水泥，以確保工程的順利進(jìn)行和工程質(zhì)量，而且需要特種水泥的品種及性能創(chuàng)新以滿足工程對(duì)水泥的綜合全面要求。

三、特種水泥質(zhì)量的提升

特種水泥的高質(zhì)量發(fā)展，不僅僅是品種及性能創(chuàng)新，還要能夠高水平大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)以保證特種水泥產(chǎn)品的高質(zhì)量。隨著全國水泥行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝水平的提高，各水泥集團(tuán)對(duì)特種水泥的關(guān)注度和重視度的提升，特種水泥的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)水平也發(fā)生了較大的改進(jìn)，特別是在“十三五”期間，不僅特種水泥生產(chǎn)企業(yè)的單線/單廠的生產(chǎn)規(guī)模發(fā)生了變化，具備大規(guī)模生產(chǎn)能力的特種水泥品種也增加了。

3.1、特種水泥品種的創(chuàng)新

針對(duì)國家建設(shè)的工程需求，特種水泥行業(yè)持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，開發(fā)出多個(gè)新品種、新材料和新技術(shù)。

1）高強(qiáng)低熱硅酸鹽水泥的制備與應(yīng)用技術(shù)：

解決了C2S穩(wěn)定活化技術(shù)難題，確定了以C2S為主導(dǎo)礦物的低熱硅酸鹽水泥熟料組成。首次開發(fā)了其預(yù)分解窯制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水泥性能的低熱、高強(qiáng)、高耐久，滿足了高性能混凝土、水工大體積混凝土的技術(shù)要求。成果已實(shí)現(xiàn)在四川嘉華、華新水泥、葛洲壩水泥、新疆天山、廣西魚峰等國內(nèi)多家大型水泥企業(yè)規(guī)?；€(wěn)定生產(chǎn)?！笆濉逼陂g成功應(yīng)用于烏東德和白鶴灘水電站，為國內(nèi)外首次將低熱硅酸鹽水泥全壩應(yīng)用于300米級(jí)特高拱壩。

2）高強(qiáng)中熱核電工程用硅酸鹽水泥的制備及應(yīng)用

掌握了摻雜微量組分提高熟料礦物C3S活性新方法，實(shí)現(xiàn)了水泥的高早強(qiáng)、中等水化熱、干縮小等綜合性能，在5000t/d預(yù)分解窯穩(wěn)定生產(chǎn)。配制的核島筏基混凝土中心最高溫度降低5℃以上，有效解決混凝土高強(qiáng)度和低絕熱溫升之間的矛盾。制定了首個(gè)核電工程建設(shè)用水泥國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31545-2015《核電工程用硅酸鹽水泥》。成果已實(shí)現(xiàn)在淮海中聯(lián)、大連水泥和廣西魚峰等國內(nèi)10余家大型水泥企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。成功應(yīng)用于陽江、田灣和紅沿河核電站等多個(gè)核電工程，提升了核電工程混凝土性能，有效降低了混凝土絕熱溫升，取得良好應(yīng)用效果。

3）高抗折道路硅酸鹽水泥的制備和應(yīng)用

揭示了煅燒制度和雜質(zhì)離子對(duì)C4AF礦相及活性的影響機(jī)制，優(yōu)化了高抗折道路硅酸鹽水泥組成及性能，實(shí)現(xiàn)水泥抗折強(qiáng)度、耐磨性、干縮等性能協(xié)同發(fā)展；攻克了高抗折道路硅酸鹽水泥在大型預(yù)分解窯穩(wěn)定制備關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；€(wěn)定生產(chǎn)。成果已推廣到華新水泥、中聯(lián)水泥、北方水泥、廣西魚峰、河南同力等國內(nèi)10余家大型水泥企業(yè)集團(tuán)，滿足了我國道路工程建設(shè)需要。成功應(yīng)用于國內(nèi)10多個(gè)道路、機(jī)場(chǎng)道面等重點(diǎn)工程建設(shè)，包括世界最長的重載高速公路——內(nèi)蒙準(zhǔn)興運(yùn)煤高速公路、柳州白蓮機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程等，為保障我國道路工程建設(shè)質(zhì)量提供重要技術(shù)支撐。獲2018年度建材行業(yè)技術(shù)革新獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。…

4）固井工程用高耐蝕高韌性水泥的制備及應(yīng)用

闡明了高溫和應(yīng)力交變載荷下固井水泥環(huán)封隔失效機(jī)理，提出高耐蝕高韌性固井水泥石性能評(píng)價(jià)方法。 形成了固井水泥漿性能調(diào)控技術(shù)，解決復(fù)雜地質(zhì)條件下固井水泥石強(qiáng)度衰退難題，實(shí)現(xiàn)固井水泥環(huán)高耐蝕高韌性，為復(fù)雜油氣資源安全高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。成果已實(shí)現(xiàn)在四川嘉華、葛洲壩水泥和新疆天山等多家大型水泥企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。成功應(yīng)用于華北油田、西南油氣田等多個(gè)油氣井固井工程，有效提升了復(fù)雜地質(zhì)條件下固井質(zhì)量，應(yīng)用效果良好。

5）海洋工程用高抗蝕復(fù)合水泥的制備與應(yīng)用

通過調(diào)整熟料 C3S 和 C3A 含量，優(yōu)選輔助性膠凝材料及控制其顆粒度、添加功能調(diào)節(jié)組分，顯著減少了氯離子在水泥漿體中遷移，成功研制出高早強(qiáng)、低水化熱、低收縮、施工性能好的新一代高抗蝕多元復(fù)合水泥，滿足了高耐久性海洋工程結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)場(chǎng)澆注和大體積混凝土構(gòu)件制作的需求。已在華潤水泥控股有限公司下屬的昌江分公司和東菀分公司、寧波科環(huán)新型建材股份有限公司等企業(yè)成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化中試與批量生產(chǎn)。在寧波舟山港主通道工程（舟岱跨海大橋）、舟山港寶鋼礦石碼頭二期工程、寧波港北侖山多用途水工工程、廣東深中通道工程（鋼殼沉管預(yù)制）等項(xiàng)目中成功應(yīng)用。

3.2、生產(chǎn)規(guī)模的變化

截止到2020年底，全國約有3440家獲證水泥企業(yè)（有效生產(chǎn)許可證），其中有250家左右具備特種水泥生產(chǎn)能力的企業(yè)，絕大多數(shù)特種水泥生產(chǎn)企業(yè)可同時(shí)從事通用水泥的生產(chǎn)，特種水泥的單條生產(chǎn)線熟料產(chǎn)能最大現(xiàn)在已經(jīng)提高到5000t/d（窯徑為4.8m），總體年產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到5千萬噸。其中各大水泥集團(tuán)均布局了特種水泥生產(chǎn)線，如海螺集團(tuán)、中國建材、天山股份、華新水泥、吉林亞泰、北京金隅、祁連山等，與水泥行業(yè)提高行業(yè)集中度的趨勢(shì)一致。

四、持續(xù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系

為了支持特種水泥行業(yè)持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展，特種水泥的標(biāo)準(zhǔn)體系也進(jìn)行持續(xù)更新，對(duì)于創(chuàng)新的特種水泥品種，制訂國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于已有品種的質(zhì)量提升，修訂國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完善相應(yīng)的技術(shù)要求及檢測(cè)方法。2016年至2020年，累計(jì)完成國家標(biāo)準(zhǔn)制訂5項(xiàng)，國家標(biāo)準(zhǔn)修訂4項(xiàng)；完成建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂1項(xiàng)，建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂1項(xiàng)。截止至2020年12月，正在進(jìn)行國家標(biāo)準(zhǔn)制/修訂3項(xiàng)，建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制/修訂3項(xiàng)。具體見下表。

五、碳中和碳排放與低碳特種水泥品種

水泥生產(chǎn)過程中CO2排放源主要有：1）原料中碳酸鹽分解；2）燃料的燃燒；3）各工藝設(shè)備的電力消耗。通用硅酸鹽水泥生產(chǎn)中排放的CO2約有60%來自于碳酸鹽分解，約有40%來自于燃料燃燒和電耗。通用硅酸鹽水泥熟料中C3S礦物含量一般在60%左右，而由于C3S燒成溫度較高，且配料中碳酸鈣比例較大，因此生產(chǎn)時(shí)能耗較高，CO2及NOx的排放量也較大。因此，要實(shí)現(xiàn)水泥的低碳生產(chǎn)，可采用以下兩種技術(shù)途徑：一是降低能源消耗產(chǎn)生的CO2量，即在通用硅酸鹽水泥體系及其礦物組成范圍內(nèi)，通過調(diào)控原材料的易燒性和易磨性，改進(jìn)生產(chǎn)工藝及裝備水平，降低水泥生產(chǎn)過程的能源消耗；二是降低碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2量，即突破現(xiàn)有硅酸鹽水泥熟料礦物體系及其礦物組成范圍的限制，降低高鈣礦物含量而提高低鈣礦物含量或引入其他低鈣礦物組分，研究開發(fā)新的低碳水泥體系。目前，水泥行業(yè)在第一種途徑上已取得了良好進(jìn)展，系列節(jié)能減排技術(shù)得到大規(guī)模普及利用，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，依靠工藝技術(shù)及裝備水平改造進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排難度已很大，而低碳水泥品種的研發(fā)成為當(dāng)今水泥材料科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

低碳特種水泥產(chǎn)品主要包括：1）高貝利特硅酸鹽水泥（低熱硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱“低熱水泥”）；2）硫鋁（鐵）酸鹽水泥；3）熟料系數(shù)較低且具備特定性能的硅酸鹽水泥，即硅酸鹽水泥熟料，通過摻加實(shí)現(xiàn)特定性能材料制得的特種硅酸鹽水泥，混合材料的摻加量最高可達(dá)70%，如道路基層用緩凝硅酸鹽水泥、海工硅酸鹽水泥、低熱微膨脹水泥等。

六、“十四五”期間特種水泥行業(yè)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

“十四五”時(shí)期是我國全面建成小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)第一個(gè)百年奮斗目標(biāo)之后，乘勢(shì)而上開啟全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家新征程、向第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)進(jìn)軍的第一個(gè)五年。“十四五”期間特種水泥行業(yè)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

1、從挑戰(zhàn)來看：水泥行業(yè)仍然是資源型、高耗能及耗用環(huán)境資源較多的行業(yè)，國家倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，強(qiáng)調(diào)“綠水青山就是金山銀山”。特種水泥作為水泥行業(yè)的一部分，也有社會(huì)責(zé)任的要求，也面對(duì)相同甚至更嚴(yán)格的挑戰(zhàn)。（1）今后環(huán)保要求會(huì)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上愈發(fā)嚴(yán)格，已有多個(gè)省市自治區(qū)出臺(tái)了超低排放的政策要求，而且特種水泥也將不再享受特殊待遇，工藝、裝備、環(huán)保等要求均達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平，同整個(gè)行業(yè)一樣面臨“碳達(dá)峰”“碳中和”的巨大壓力。（2）資源取得的難度和成本越來越高。礦山取得周期長、環(huán)節(jié)多、手續(xù)復(fù)雜，難度越來越大，而且礦山資源連續(xù)拍出高價(jià)，資源成本會(huì)越來越高。（3）淘汰落后產(chǎn)能的要求愈發(fā)緊迫。由于特種水泥所需資源均優(yōu)于通用水泥，因此必須降低單位產(chǎn)品的能源消耗，提高資源利用率，提升質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2、從機(jī)遇來看：（1）疫情客觀上延長了水泥需求的平臺(tái)期，根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，“十四五”期間政府仍會(huì)保持較高強(qiáng)度基建投入，水泥需求總體穩(wěn)定。超常規(guī)的工程建設(shè)環(huán)境和工程規(guī)模會(huì)為特種水泥的應(yīng)用帶來更多的機(jī)會(huì)。（2）“碳達(dá)峰”“碳中和”推動(dòng)行業(yè)重構(gòu)，加速中小企業(yè)的退出，為大企業(yè)兼并重組，提高行業(yè)集中度提供了機(jī)會(huì)。（3）“一帶一路”的推進(jìn)，特種水泥將有機(jī)會(huì)與我國的海外工程建設(shè)項(xiàng)目配套，為大企業(yè)實(shí)施國際化戰(zhàn)略提供機(jī)會(huì)。