十三五期间特种水泥发展报告

特种水泥是指较通用水泥而言具有某些特殊性能或特种功能，以满足各行业工程建设特殊需求为目的的水泥，被称为水泥“皇冠上的明珠”。它的诞生大大拓展了水泥产品的应用范围和层次，是国内重大工程不可或缺的基础材料。发展特种水泥，也是中国水泥行业推进供给侧结构性改革、实现高质量发展目标、培育行业发展新动能、提升行业科技创新水平的重要体现。多品种优质特种水泥的应用助力了国家重大工程建设，为保障工程建设进度和工程质量提供了强有力的支撑。

一、十三五期间国家需求与行业政策

根据2016年发布的《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，全国各部委各区域均提出了相应的“十三五”规划，如《“十三五”国家科技创新规划》、《全国海洋经济“十三五”规划》、《西部大开发“十三五”规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《能源发展“十三五”规划》、《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》等等。

2017年6月中国水泥协会发布的《水泥工业“十三五”发展规划》中也明确提出：加快产品升级,延伸水泥产业链。

主要包括：

1）淘汰复合32.5水泥，鼓励生产和使用42.5及以上等级水泥，优先发展特种专用水泥（海洋、港口、核电、道路等工程）。

2）推广无铬耐火材料、长寿命新型耐火材料、微孔结构高效隔热材料等。

3）加快发展砂石骨料、高性能拌混凝土、预拌砂浆及混凝土制品等产业，延伸水泥产业链。

这些政策都引领特种水泥的品种创新，推动特种水泥的高质量发展，对加快推进重大工程项目实施，贯彻落实新发展理念、推进供给侧结构性改革，实现特种水泥的稳增长、调结构、补短板具有重要作用。

二、特种水泥的创新及高质量发展

特种水泥的定义，是按照特种水泥的突出性能或者用途进行分类的，因此在市场应用时由于对特种水泥的性能不了解，造成特种水泥应用存在着一定程度的受限。

“十三五”规划涉及了多项重大工程，如：高速铁路营业里程达到3万公里，覆盖80%以上的大城市；新建改建高速公路通车里程约3万公里；建设川藏铁路等沿边铁路；建成北京新机场，新增民用运输机场50个以上；改造建设百万公里农村公路。大力推进上海、天津、大连、厦门等国际航运中心建设；提高港口智能化水平。建设城市群交通圈，新增城市轨道交通运营里程约3000公里。

开工建设常规水电6000万千瓦；核电运行装机容量达到5800万千瓦，在建达到3000万千瓦以上；推动致密油、油砂、深海石油勘探开发和油页岩综合开发利用；建设水电基地和大型煤电基地外送电通道。建设引黄入冀补淀、引江济淮、引汉济渭、滇中引水、引大济湟、引绰济辽等多项重大引调水工程；推进南水北调东中线后续工程建设；建设西藏拉洛、浙江朱溪、福建霍口、黑龙江奋斗、湖南莽山、云南阿岗等大型水库；建设西江大藤峡、淮河出山店、新疆阿尔塔什等流域控制性枢纽工程；基本完成流域面积3000平方公里及以上的244条重要河流治理。建设50个工业废弃物综合利用产业基地，工业污染源全面达标排放。

这些重大工程项目的建设，面临许多超常规的工程建设环境和工程规模，例如川藏高铁沿线地处强紫外线、大温差、大风干燥、高地应力、高地热、频繁冻融、复杂介质等严酷的地质和环境条件，是迄今为止人类历史上最复杂、最具挑战性的铁路工程项目，建设安全风险极高，对建设用混凝土的抗裂性、抗冻融及其耐久性提出了极高要求。我国石油采集深度深、难度大、成本高，加之我国复杂至极的地质地貌条件，使得能源采集环境显得尤为苛刻。每往下挖100米，地温将升高2℃～3℃，也就是说井深达8882米（塔里木油田轮探1井）时，油井水泥将处于230℃～240℃左右温度环境下，此外还需要承受高于地面数百倍的压强。而固井中下灌的油井水泥必须在0℃～240℃这个巨额的温度区间中保持稳定的压强、温度、流动性、黏性以及硬化后的韧性、硬度等一系列复杂的条件。

在水泥浆下灌过程中，还需严格控制水泥浆凝固时间，也就是说要让同一种水泥在不同的温度和压力条件下按照规定时间实现快速凝固成型，难度可想而知。除了施工时的难度，固井所用的水泥还需维持10～15年使用寿命。后期固井水泥环如果出现裂纹，裂纹受到地下压强的影响逐步扩大，则极有可能会导致油气外漏，更严重者甚至会造成井喷等恶性事件的发生。海洋混凝土直接面临海水侵蚀、海风风力带动的横向作用力、海浪冲刷、海洋微生物附着等复杂条件，其结构耐久性遭受挑战，如高氯盐引起的混凝土内部钢筋锈蚀、硫酸盐引起的混凝土膨胀开裂、干湿循环作用下混凝土孔隙增大等问题，对海洋工程结构用混凝土的抗裂性、抗侵蚀、抗冲刷、耐久性提出了极高要求；另一方面，混凝土浇筑量达好几百立方米，为典型的大体积混凝土，对混凝土的温控防裂提出极高要求。

这些前所未有的工程难题不仅需要大量的高质量特种水泥，以确保工程的顺利进行和工程质量，而且需要特种水泥的品种及性能创新以满足工程对水泥的综合全面要求。

三、特种水泥质量的提升

特种水泥的高质量发展，不仅仅是品种及性能创新，还要能够高水平大规模稳定生产以保证特种水泥产品的高质量。随着全国水泥行业的生产设备和生产工艺水平的提高，各水泥集团对特种水泥的关注度和重视度的提升，特种水泥的生产规模和生产水平也发生了较大的改进，特别是在“十三五”期间，不仅特种水泥生产企业的单线/单厂的生产规模发生了变化，具备大规模生产能力的特种水泥品种也增加了。

3.1、特种水泥品种的创新

针对国家建设的工程需求，特种水泥行业持续研发创新，开发出多个新品种、新材料和新技术。

1）高强低热硅酸盐水泥的制备与应用技术：

解决了C2S稳定活化技术难题，确定了以C2S为主导矿物的低热硅酸盐水泥熟料组成。首次开发了其预分解窑制备技术，实现了水泥性能的低热、高强、高耐久，满足了高性能混凝土、水工大体积混凝土的技术要求。成果已实现在四川嘉华、华新水泥、葛洲坝水泥、新疆天山、广西鱼峰等国内多家大型水泥企业规模化稳定生产。“十三五”期间成功应用于乌东德和白鹤滩水电站，为国内外首次将低热硅酸盐水泥全坝应用于300米级特高拱坝。

2）高强中热核电工程用硅酸盐水泥的制备及应用

掌握了掺杂微量组分提高熟料矿物C3S活性新方法，实现了水泥的高早强、中等水化热、干缩小等综合性能，在5000t/d预分解窑稳定生产。配制的核岛筏基混凝土中心最高温度降低5℃以上，有效解决混凝土高强度和低绝热温升之间的矛盾。制定了首个核电工程建设用水泥国家标准GB/T 31545-2015《核电工程用硅酸盐水泥》。成果已实现在淮海中联、大连水泥和广西鱼峰等国内10余家大型水泥企业规模化生产。成功应用于阳江、田湾和红沿河核电站等多个核电工程，提升了核电工程混凝土性能，有效降低了混凝土绝热温升，取得良好应用效果。

3）高抗折道路硅酸盐水泥的制备和应用

揭示了煅烧制度和杂质离子对C4AF矿相及活性的影响机制，优化了高抗折道路硅酸盐水泥组成及性能，实现水泥抗折强度、耐磨性、干缩等性能协同发展；攻克了高抗折道路硅酸盐水泥在大型预分解窑稳定制备关键技术难题，实现了规模化稳定生产。成果已推广到华新水泥、中联水泥、北方水泥、广西鱼峰、河南同力等国内10余家大型水泥企业集团，满足了我国道路工程建设需要。成功应用于国内10多个道路、机场道面等重点工程建设，包括世界最长的重载高速公路——内蒙准兴运煤高速公路、柳州白莲机场改扩建工程等，为保障我国道路工程建设质量提供重要技术支撑。获2018年度建材行业技术革新奖一等奖。…

4）固井工程用高耐蚀高韧性水泥的制备及应用

阐明了高温和应力交变载荷下固井水泥环封隔失效机理，提出高耐蚀高韧性固井水泥石性能评价方法。形成了固井水泥浆性能调控技术，解决复杂地质条件下固井水泥石强度衰退难题，实现固井水泥环高耐蚀高韧性，为复杂油气资源安全高效开发提供技术支撑。成果已实现在四川嘉华、葛洲坝水泥和新疆天山等多家大型水泥企业规模化生产。成功应用于华北油田、西南油气田等多个油气井固井工程，有效提升了复杂地质条件下固井质量，应用效果良好。

5）海洋工程用高抗蚀复合水泥的制备与应用

通过调整熟料C3S和C3A含量，优选辅助性胶凝材料及控制其颗粒度、添加功能调节组分，显著减少了氯离子在水泥浆体中迁移，成功研制出高早强、低水化热、低收缩、施工性能好的新一代高抗蚀多元复合水泥，满足了高耐久性海洋工程结构工程现场浇注和大体积混凝土构件制作的需求。已在华润水泥控股有限公司下属的昌江分公司和东菀分公司、宁波科环新型建材股份有限公司等企业成功实现了工业化中试与批量生产。在宁波舟山港主通道工程（舟岱跨海大桥）、舟山港宝钢矿石码头二期工程、宁波港北仑山多用途水工工程、广东深中通道工程（钢壳沉管预制）等项目中成功应用。

3.2、生产规模的变化

截止到2020年底，全国约有3440家获证水泥企业（有效生产许可证），其中有250家左右具备特种水泥生产能力的企业，绝大多数特种水泥生产企业可同时从事通用水泥的生产，特种水泥的单条生产线熟料产能最大现在已经提高到5000t/d（窑径为4.8m），总体年产能已经达到5千万吨。其中各大水泥集团均布局了特种水泥生产线，如海螺集团、中国建材、天山股份、华新水泥、吉林亚泰、北京金隅、祁连山等，与水泥行业提高行业集中度的趋势一致。

四、持续建设标准体系

为了支持特种水泥行业持续研发创新和高质量发展，特种水泥的标准体系也进行持续更新，对于创新的特种水泥品种，制订国家/行业标准，对于已有品种的质量提升，修订国家/行业标准，完善相应的技术要求及检测方法。2016年至2020年，累计完成国家标准制订5项，国家标准修订4项；完成建材行业标准制订1项，建材行业标准修订1项。截止至2020年12月，正在进行国家标准制/修订3项，建材行业标准制/修订3项。具体见下表。

五、碳中和碳排放与低碳特种水泥品种

水泥生产过程中CO2排放源主要有：

1）原料中碳酸盐分解；

2）燃料的燃烧；

3）各工艺设备的电力消耗。

通用硅酸盐水泥生产中排放的CO2约有60%来自于碳酸盐分解，约有40%来自于燃料燃烧和电耗。通用硅酸盐水泥熟料中C3S矿物含量一般在60%左右，而由于C3S烧成温度较高，且配料中碳酸钙比例较大，因此生产时能耗较高，CO2及NOx的排放量也较大。因此，要实现水泥的低碳生产，可采用以下两种技术途径：

一是降低能源消耗产生的CO2量，即在通用硅酸盐水泥体系及其矿物组成范围内，通过调控原材料的易烧性和易磨性，改进生产工艺及装备水平，降低水泥生产过程的能源消耗；

二是降低碳酸盐分解产生的CO2量，即突破现有硅酸盐水泥熟料矿物体系及其矿物组成范围的限制，降低高钙矿物含量而提高低钙矿物含量或引入其他低钙矿物组分，研究开发新的低碳水泥体系。

目前，水泥行业在第一种途径上已取得了良好进展，系列节能减排技术得到大规模普及利用，在现有技术条件下，依靠工艺技术及装备水平改造进一步实现节能减排难度已很大，而低碳水泥品种的研发成为当今水泥材料科学领域的热点。

低碳特种水泥产品主要包括：

1）高贝利特硅酸盐水泥（低热硅酸盐水泥，简称“低热水泥”）；

2）硫铝（铁）酸盐水泥；

3）熟料系数较低且具备特定性能的硅酸盐水泥，即硅酸盐水泥熟料，通过掺加实现特定性能材料制得的特种硅酸盐水泥，混合材料的掺加量最高可达70%，如道路基层用缓凝硅酸盐水泥、海工硅酸盐水泥、低热微膨胀水泥等。

六、“十四五”期间特种水泥行业挑战与机遇并存

“十四五”时期是我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后，乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年。“十四五”期间特种水泥行业挑战与机遇并存。

1、从挑战来看：

水泥行业仍然是资源型、高耗能及耗用环境资源较多的行业，国家倡导绿色发展理念，强调“绿水青山就是金山银山”。特种水泥作为水泥行业的一部分，也有社会责任的要求，也面对相同甚至更严格的挑战。

（1）今后环保要求会在现有基础上愈发严格，已有多个省市自治区出台了超低排放的政策要求，而且特种水泥也将不再享受特殊待遇，工艺、装备、环保等要求均达到行业先进水平，同整个行业一样面临“碳达峰”“碳中和”的巨大压力。

（2）资源取得的难度和成本越来越高。矿山取得周期长、环节多、手续复杂，难度越来越大，而且矿山资源连续拍出高价，资源成本会越来越高。

（3）淘汰落后产能的要求愈发紧迫。由于特种水泥所需资源均优于通用水泥，因此必须降低单位产品的能源消耗，提高资源利用率，提升质量和市场竞争力。

2、从机遇来看：

（1）疫情客观上延长了水泥需求的平台期，根据国家经济形势，“十四五”期间政府仍会保持较高强度基建投入，水泥需求总体稳定。超常规的工程建设环境和工程规模会为特种水泥的应用带来更多的机会。

（2）“碳达峰”“碳中和”推动行业重构，加速中小企业的退出，为大企业兼并重组，提高行业集中度提供了机会。

（3）“一带一路”的推进，特种水泥将有机会与我国的海外工程建设项目配套，为大企业实施国际化战略提供机会。