对中国水泥产品结构调整的一点看法

发布者: 发布时间:2017/9/12 9:25:38 阅读:次 【字体:

  近来关于如何压减水泥产能,中国水泥工业应该如何发展的讨论很热烈,许多人都发表了看法。在此也谈一点个人的认识。

  有媒体近期发表的大型水泥企业集团董事长的访谈中,提及需要在水泥产品结构上创新[1]。水泥产品要实现“四化”,即高标号化、特种化、商混化和制品化。其依据是“国际上现在通用的基本上是42.5水泥,占比约50%,剩下的50%是标号更高的52.5和62.5水泥,但在我国32.5水泥的占比却过半”。还有大型水泥企业集团董事长认为“我国现行的水泥标准与欧美等发达国家、甚至大部分发展中国家相比,仍有较大差距,要主动与国际先进水平对标,提升水泥标准迫在眉睫”[2]。这些企业高管认为,只要取消低强度等级的混合水泥,只生产混合材掺量在5%以内的高强度等级硅酸盐水泥,则可压减数亿吨水泥产能。

  上述观点表明,这些水泥企业的高管对于国际上水泥生产现状、水泥技术标准体系以及水泥最主要的销售对象——混凝土行业的了解非常有限。

  1 ISO标准与我国现行标准的差异

  国际上现有两个水泥标准体系,美国ASTM体系与欧洲EN体系。美国标准《波特兰水泥》(ASTM C150/C150M-12)不以强度高低对水泥进行分级,其试验方法与我国现行方法不同,借鉴意义不大。我国现行标准是参照欧洲EN 197标准制订的,所用试验方法相同,水泥的强度等级划分相同。负责欧洲水泥标准化工作的CEN/TC51主席和秘书处,同时也负责水泥和石灰的国际标准化工作(ISO/TC74 lime and cement)。因此欧洲标准更具参考价值。

  现行欧洲标准《通用水泥》(EN 197)中,根据混合材的品种和掺量,规定了27个水泥品种。这远比中国标准详细。在这方面中国标准落后于欧洲标准。

  在欧洲标准《通用水泥》(EN 197)中,规定水泥的强度等级为32.5、42.5、52.5。只有中国标准《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)规定有62.5强度等级。所以“国际上生产62.5强度等级的水泥”的说法是没有根据的。在中国62.5强度等级的水泥并没有实际生产的产品。如果没有实际的生产与应用,标准中的相应内容就没有存在的价值。因此在标准中规定62.5强度等级是先进抑或落后确有必要探讨。

  所以我国水泥标准与欧美等发达国家相比,其差距不在强度等级,而是品种的细化方面。对于同一品种的水泥,我国标准的技术水平与国际是相同的。

  我国现行的水泥标准只能规范水泥生产过程的稳定性和均质性,不能反映水泥的使用性能。随着混凝土技术的发展,采用现行水泥标准规定的检测方法得到的性能,越来越不能反映水泥的实际使用状况。我们应该学习美国的经验,制订以性能为导向的水泥标准[3]。

  2 我国能否生产62.5或72.5强度等级的硅酸盐水泥

  为什么水泥企业不生产现行国家标准有规定的62.5强度等级的硅酸盐水泥?除了市场原因外,水泥生产本身也存在困难。为了生产62.5强度等级的硅酸盐水泥,需要熟料强度达到65MPa以上,这需要增加C3S的含量。现在新型干法窑生产的硅酸盐水泥熟料,其C3S的含量在50%~60%范围内。如果进一步增加C3S含量,则需要非常优质的石灰石,这种资源很稀少。生料中碳酸钙含量提高后,硅、铝、铁组分的调整范围减小,使生料配料困难。高C3S含量的熟料对于烧成条件的变化很敏感,控制参数稍有变化,熟料品质就有很大变化。高强水泥的强度的经时损失大,存储时间稍长,强度就可能不达标。十余年前,国家投入3 000万元科研经费开展高性能水泥的研究,其主要内容就是研究高C3S含量的水泥熟料的生产与应用。这个项目的实验室研究取得了成功,但并没有实现工业化应用。我们掌握了高C3S含量的水泥熟料的生产技术,工艺装备也有,但不实际生产,就是因为市场不接受这种产品。水泥厂如果生产这种成本高、市场推广难的产品,将把自己引入死胡同中。

  即使使用高强熟料生产62.5强度等级及以上的硅酸盐水泥,也需要增加水泥的细度。高细度的水泥,其水化放热量大,放热速率快,与外加剂的适应性不好。用这样的水泥配制高强混凝土,用于浇筑大体积的梁柱构件,后期强度增长率低,易产生温度裂缝,其效果并不好。在有耐久性要求的混凝土工程中,对于水泥的要求常常明确规定,不得使用R型早强水泥,水泥中C3A含量须小于8%。住建部与工信部2014年联合颁布的《高性能混凝土应用技术指南》指出,配制高性能混凝土所用水泥的比表面积不宜超过350m2/kg。土木工程领域已经认识到,使用高C3S、高C3A含量与高细度的高强早强水泥,对于提高混凝土结构的耐久性没有益处。希望水泥行业也了解并认同这一观点。

  3 发达国家的主流水泥产品是什么

  根据德国水泥协会的年报,在2013年,德国销售了2472万吨水泥,其中混合材掺量在5%以内的CEM Ⅰ型波特兰水泥713万吨,占28.8%;混合材掺量在6%~31%的CEMⅡ型波特兰混合水泥1185万吨,占47.9%;矿渣含量高于32%的CEM Ⅲ型矿渣水泥550万吨,占22.3%;CEM Ⅳ型火山灰水泥和一些特种水泥24.1万吨,少于1%[4]。

  在2011年德国销售的2622万吨水泥中, 32.5强度等级的水泥占36.9%,其中早强型水泥占29.5%,普通型水泥占7.4%;42.5强度等级的水泥占50.0%,其中早强型水泥占26.0%,普通型水泥占24.0%;52.5强度等级的水泥占13.1%,其中早强型水泥占9.0%,普通型水泥占4.1%[5]。

  从以上数据可见,欧洲主流的水泥产品是42.5强度等级的CEMⅡ型波特兰混合水泥,类似于我国的P·O42.5普通硅酸盐水泥。32.5强度等级的水泥用量也很大,而52.5强度等级的水泥用量不多。这种水泥产品结构与我国目前的水泥产品结构很相似。因此我国目前的水泥产品结构是合理的。

  从水泥产品的结构与用户需求出发,借鉴国际标准,在我国的通用水泥标准中应该保留32.5强度等级,取消62.5强度等级。

  4 用户需要什么样的水泥

  作为一种商品,水泥的产品结构应由市场决定。水泥的最大用户是混凝土行业。在调整水泥产品结构以前,征询混凝土行业对于水泥的要求是非常有必要的。

  《欧洲预拌混凝土行业现状概述(一)》[6]指出,大多数欧洲国家的预拌混凝土产品的强度等级大多在C15~C35之间,2013年占总产量的58.8%,C35以上强度等级的预拌混凝土占比只略微超过10%。

  中国的预拌混凝土产品的强度等级分布大致与欧洲相似,也是以C30~C40为主,占总产量的50%以上。中国由于高层建筑、大跨桥梁等大型工程多,其高强混凝土的用量应比欧洲多。现在混凝土的施工方式主要为泵送浇筑,对于混凝土的工作性要求很高。大多数混凝土拌合物都应是高流动性的,同时不能离析。为此要求混凝土中的浆体含量高,需占总体积的三分之一以上。由于耐久性和强度的要求,现代混凝土的用水量较低,仅160~180kg/m3左右。虽然标准规范对于混凝土的最低胶凝材料用量规定很低,但实际混凝土的胶凝材料用量大多在380kg/m3以上。在配制普通强度等级的混凝土时,使用32.5强度等级或42.5强度等级的水泥是最佳选择。使用P·O42.5普通硅酸盐水泥或P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥,也能配制出合格的C80及以上强度等级的混凝土[7-8]。北京市的混凝土搅拌站采用P·O42.5普通硅酸盐水泥配制C30混凝土,其水泥用量可低至160kg/m3。如果使用高强水泥,则水泥用量将进一步减少;但浆体量不能减少,混凝土搅拌站只能增加矿物掺合料用量。目前优质矿物掺合料供应量不够,从而给劣质矿物掺合料留下市场空间,使混凝土的质量管控更加困难。

  对北京市某大型混凝土生产企业2014年使用的冀东P·O42.5普通硅酸盐水泥的47个进场复验结果进行统计,其平均强度为55.5MPa,标准偏差3.60MPa,最高强度63.4MPa,最低强度46.7MPa。使用同样的熟料,应该可以生产P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥,为什么不生产,其原因水泥企业应该更清楚。

  5 我国水泥生产存在的问题

  许多人都认为,我国是水泥生产的大国,但不是强国。问题在哪里?目前我国水泥产品的均质性与稳定性存在很大问题。该问题与标准的先进与否无关,主要是企业是否严格执行标准与生产控制水平高低。

  从上述水泥的例子可见,大型国有水泥企业生产的水泥强度富裕系数很大,产品的强度性能有保证;但是这增加了生产成本,自然资源没有充分利用。为什么企业不将水泥的强度富裕系数控制在合理范围?除了市场竞争的因素外,就是水泥的性能波动难于控制。同一工厂生产的同一品种,在一年内最大值与最小值相差达到16.7MPa。为了使产品始终合格,只能将控制参数调高了。这样大幅度的性能波动,给混凝土搅拌站的生产控制带来很大困难。提高水泥产品的强度和其他性能的稳定性是提高我国水泥品质的重要措施。

  相对于水泥强度波动,困扰混凝土搅拌站的最大问题是水泥与外加剂相容性的突然变化。这种变化常常是没有先兆的。当一批水泥进场,搅拌站发现相容性改变,却无法追查其原因,也无法采取预防措施,导致混凝土拌合物离析泌水,工作性能不符合要求。水泥厂生产水泥的原料的性能是波动的,如冬储熟料与新鲜熟料的活性不同,不同种类的混合材的性能变化等。水泥厂可以调整工艺参数,生产合格的但是流变性能不同的水泥。而流变性能变化对于水泥与外加剂相容性影响很大。按照现行标准,水泥产品出厂时不会检验其流变性能,水泥只能通过保持水泥细度、混合材的品种与掺量以及助磨剂的品种与掺量等因素的稳定性,来保证水泥流变性能的稳定。但从冀东水泥厂的例子可见,水泥厂对于水泥的强度都不能保持稳定,更别提稳定水泥的流变性能了。保证水泥与外加剂相容性良好与稳定是提高我国水泥品质的另一关键因素。

  《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)要求水泥的出厂检验报告应包括出厂检验项目、细度、混合材料品种和掺加量、石膏和助磨剂的品种及掺加量、属旋窑或立窑生产及合同约定的其他技术要求。但是由于现行的2007版标准中,该条款不是强制性条款,水泥厂普遍不愿意在水泥的出厂检验报告中列入混合材料品种和掺加量、石膏和助磨剂的品种及掺加量等内容。这种全行业的行为导致了混合材超掺以及使用不符合标准规定的混合材和助磨剂等乱象产生。如果能够制止行业内的这些违规生产行为,则大量落后产能自然就被淘汰了。根据工信部原材料工业司发布的《水泥行业规范条件(2015年本)》第五条的规定,水泥粉磨生产中添加助磨剂的,水泥产品出厂检验报告单上要注明助磨剂的主要化学成分和添加量。复合水泥产品出厂检验报告单要注明混合材的种类、成分和掺加量。这个规定再次重申了GB 175的规定,有助于规范水泥生产,也有助于混凝土行业对于水泥的检验和选择。《水泥行业准入条件》实施已有4年多了,按《准入公告管理暂行办法》完成了七批公告,覆盖面不到一半。也就是说尚有一半水泥企业未达到准入标准。混合材和助磨剂的使用不达标可能是其重要原因。在优质混合材日渐短缺的条件下,如何按照标准规范地生产水泥是大多数企业亟待解决的问题。水泥企业应了解下游行业的需求,生产满足标准要求的水泥,至于生产高强水泥可以暂时不予考虑。

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