水泥及混凝土材料以其不可比擬的經(jīng)濟性、耐久性和承載能力，成為除了水之外應用最多的材料。在可預見的未來，其主導地位依然不可替代。我國是水泥生產(chǎn)大國，每年水泥熟料產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的50%以上。預計2012年水泥熟料總產(chǎn)能接近15.7億噸，消耗近2億噸標準煤，導致二氧化碳排放量接近8億噸。水泥行業(yè)排放的二氧化碳占總體社會生產(chǎn)生活排放二氧化碳的10%左右。更引人關注的是：在水泥生產(chǎn)過程中排放出大量的氮氧化物氣體，是形成陰霾天氣的主要原因之一。以生產(chǎn)每噸熟料釋放3~5千克氮氧化物計算，每年釋放氮氧化物47～78億千克。另外，生產(chǎn)每噸水泥熟料需要0.3~0.4噸的黏土或黃土，對人均耕地只有1.4畝的人口大國來說，這種發(fā)展模式顯然是不可持續(xù)的。

建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要開發(fā)綠色建筑，綠色建筑需要綠色建材，綠色建材需要低碳水泥。因此，低碳水泥是建筑業(yè)真正邁向可持續(xù)發(fā)展道路的關鍵。研究、開發(fā)與應用低碳水泥生產(chǎn)技術迫在眉睫。

低碳水泥技術

為了解決水泥行業(yè)帶來的高能源消耗和嚴重環(huán)境污染等問題，科研人員主要采取摻加礦物摻和料、改進生產(chǎn)設備及工藝、利用低碳燃料和廢棄燃料、二氧化碳(CO2)回收技術及可替代硅酸鹽水泥的膠凝材料等措施來緩解水泥行業(yè)給環(huán)境和氣候變化帶來的挑戰(zhàn)。前4項措施在降低能源消耗和環(huán)境保護方面是有效的，然而它們的作用也是極為有限的。局限性是由硅酸鹽水泥的礦物組成決定的。硅酸鹽水泥的礦物組成要求熟料的石灰飽和因子介于O.9～1.02之間。高石灰飽和系數(shù)導致二氧化碳排放和燒成溫度的顯著提高。同時，燒成溫度的提高導致熟料顆粒形成致密的微結構，使熟料易磨性降低，從而提高了粉磨能耗。具體地說，在硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程中，石灰石發(fā)生化學分解反應釋放的二氧化碳約占生產(chǎn)水泥總二氧化碳排放量的52%，燃料燃燒釋放的二氧化碳約占總二氧化碳排放量的38%。因此，降低石灰石用量和降低熟料燒成溫度才是降低二氧化碳排放的有效途徑。同時，顯著降低水泥熟料燒成溫度是降低能耗的有效手段。因此，為了達到有效的節(jié)能減排目標，需要研究一種低碳水泥熟料。

在新型低碳水泥熟料研究領域，主要集中在以下4個方面：

1.富貝利特水泥

顧名思義，富貝利特水泥熟料中硅酸二鈣(C2S)礦物的含量較高。一般來說，高于硅酸三鈣(C3S)的含量。富貝利特水泥可以通過調(diào)整石灰飽和系數(shù)來調(diào)整硅酸三鈣和硅酸二鈣的相對含量。與常規(guī)的硅酸鹽水泥相比，富貝利特水泥具有以下優(yōu)點：

①低碳排放

熟料石灰飽和系數(shù)降低1%，熟料中氧化鈣的質(zhì)量波動范圍在0.3%~0.5%左右。假設富貝利特水泥的石灰飽和系數(shù)為0.75，熟料中氧化鈣的含量降低7.5%~12.5%，相應石灰石分解釋放的二氧化碳降低6%~10%。

②低氮氧化物排放

空氣中的氮氧化物在太陽光的作用下與空氣中的揮發(fā)性有機物發(fā)生化學反應形成漂浮顆粒物和地表臭氧，因此是形成陰霾天氣和酸雨的主要物質(zhì)之一。水泥燒成溫度降低100攝氏度。可使氮氧化物排放降低40%左右，可有效減少煙霾天氣和酸雨的發(fā)生。

③低燒成溫度

石灰飽和系數(shù)介于0.75~0.82之間的活性貝利特水泥熟料燒成溫度比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥燒成溫度降低100攝氏度左右，可以節(jié)能10%~15%。以2012年水泥行業(yè)生產(chǎn)15億噸熟料計算，可以節(jié)約標準煤1800萬噸，從而達到了節(jié)能的目的。

④對原材料品位要求降低

富貝利特水泥的石灰飽和系數(shù)較低，因此允許使用低品位的石灰石。石灰石配量少，從而減少了由石灰石分解帶來的二氧化碳排放。