拟申报2015国家科学技术奖候选项目-华新水泥 - 图文

公示内容

拟申报奖种：科技进步奖

1、项目名称：

大型水电工程专用微膨胀高镁中热水泥的制备与应用技术 2、项目简介：

本项目属于无机非金属材料领域。

能源的短缺、环境的恶化，使水力发电这种再生能源越来越受关注。我国河流蕴藏水能资源为6.5亿千瓦，目前仅开发了1/3，2020年水电装机容量规划为3.5亿千瓦，发展潜力巨大。水电是我国能源节约优先发展战略重点，目前国内在建和筹建的水电站有数百座，均为百年寿命设计，如何保证大坝工程建造质量、安全和寿命，备受社会关注。大坝混凝土因温降收缩引起开裂一直是困扰大坝工程界的世界性难题，国内外同行从大坝混凝土设计、材料及施工等环节，选用传统中热水泥（主要以降低水化热为目的），预冷骨料、分块浇注（降低混凝土内外温差）等诸多温控措施，但许多工程仍出现开裂，全世界每年投入数百亿元用于大坝的维护加固，据美国国际大坝安全协会统计，美国每年用于大坝修复费用达8.5亿美元。研究发现，在传统中热水泥熟料中引入MgO膨胀源，补偿混凝土后期收缩是防治大坝开裂的有效途径，但因未对MgO膨胀源控制技术、熟料组成设计优化和大坝混凝土应用技术进行系统研究，制约了其实际工程应用。

本项目以攻克大坝混凝土开裂难题，满足国家重大水电工程建设需求为目标，针对水工大坝混凝土温降收缩引起的开裂问题，开展了微膨胀高镁中热水泥的制备与应用技术的系统研发，提高了大坝混凝土的抗裂性和耐久性，实现在三峡、溪洛渡、向家坝等近十个大型水电工程应用。主要创新性成果如下：

（1）揭示了热历程对高镁中热水泥熟料中方镁石晶体生长规律的影响，确立MgO微膨胀性调控技术，为微膨胀高镁中热水泥组分设计与制备技术提供理论依据。

（2）通过系统研究水泥强度、水化热与膨胀性能间的匹配关系，优化了微膨胀高镁中热水泥组成，并通过控制熟料形成热力学历程，实现了预分解窑的制备。

（3优化了传统大坝混凝土配制技术，并对其耐久性机理进行了系统研究，率先确立微膨胀高镁中热水泥大坝混凝土制备方案，并在大型水电工程中首次实施。 （4）首次研制出微膨胀高镁中热水泥标样，发明了大坝混凝土的抗裂性定量检测与评价方法，建立了微膨胀高镁中热水泥混凝土与大坝工程质量保障体系，开创我国大型水电工程水泥混凝土材料质量保障体系的先河。

项目成果已辐射国内多家水泥企业集团，截止2014年底，仅以推广应用技术的葛洲坝集团水泥有限公司等8家企业计，新增产值100多亿元，新增利税和节支总计近30亿元，实现了微膨胀高镁中热水泥在5000吨/日预分解窑实现规模化稳定生产，大幅降低水泥烧成能耗，促进了水泥行业的技术进步。项目成果已应用于三峡、锦屏和溪洛渡等10多个大型水电工程，按装机容量（≥50万千瓦）计，市场占有率超过80%。

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经三峡、锦屏等大型水电工程应用，达到了补偿收缩效果，减少或避免了大坝开裂，为解决大坝混凝土温度裂缝这一世界性难题开辟了新的技术途径，提升了我国水电工程建设水平与国际竞争力。经济和社会环境效益显著。项目2项鉴定成果均达到国际先进水平，获国家发明专利6项、实用新型专利2项，制修订标准、规范3项，出版专著4部，获得行业科技进步一、二等奖各1项。 3、主要完成单位及创新推广贡献：

⑴中国建筑材料科学研究总院

作为本项目的第一完成单位，完成了国家自然基金项目“三峡大坝混凝土耐久性及破坏机理研究”和三峡合作项目“三峡二期工程大坝混凝土外加剂综合性能与微观结构研究”。将“微膨胀高镁中热水泥”列入计划，为项目配备了优秀专业技术人员，牵头组织各参与单位成立产学研用结自筹资金支持，保证了项目的顺利实施。在对微膨胀高镁中热水泥深入研究的基础上，完成了从理论-生产-应用-检测评价的系统研究，是所列8项知识产权中的其中5项专利的权利所属单位，在项目实施过程中，对创新成果1～4的科技创新贡献有：

1、揭示了烧成制度对高镁中热水泥熟料中方镁石晶体生长规律的影响，确立了中热水泥中MgO微膨胀性调控技术，为MgO膨胀组分设计与制备技术提供理论依据；

2、开发微膨胀高镁中热水泥预分解窑制备技术，推广到四川峨胜水泥集团股份有限公司的5000 t/d预分解窑实施；

3、研究了大坝混凝土的耐久性和破坏机理和外加剂对大坝混凝土微观结构的影响，为高镁中热水泥-Ⅰ级粉煤灰-高效减水剂-引气剂的混凝土制备提供了理论依据； 4、首次研制出微膨胀高镁中热水泥标样，发明了大坝混凝土的抗裂性检测方法，制定国标1项，建立了微膨胀高镁水泥质量保障体系和混凝土检测评价体系。

项目成果已辐射国内华新、葛洲坝等10多家生产企业，并在三峡、锦屏、溪洛渡等近10个大型水电工程中应用，为提高我国水电工程建设的质量做出了重大贡献。

⑵中国长江三峡集团公司

作为项目的第二完成单位和研究成果的直接关系单位，对项目投入了大量的人力和财力。1994年“三峡水利枢纽工程几个关键技术问题的研究”列入国家自然科学基金重大项目，其中“三峡大坝混凝土耐久性及破坏机理研究”Ⅳ-I专题（编号59493600）由中国建筑材料学研究总院负责，本公司给与资金支持。为了保证项目的顺利进行，与中国建筑材料学研究总院签订三峡施工科研课题合同“三峡二期工程大坝混凝土外加剂综合性能与微观结构研究”（编号CT-97-20-2），支持基金100多万元。为项目的顺利执行和圆满完成奠定了基础。在该项目实施过程中，对创新成果1～4的主要贡献如下：

1、提出MgO微膨胀性用于补偿大坝混凝土后期收缩有效控制的思路；

2、提出微膨胀高镁中热水泥-Ⅰ级粉煤灰-高效减水剂-引气剂方案，负责大坝混凝土的性能试验（包括自生体积变形等），检验并保证项目成果在大坝混凝土工程中应用的合理化，首次在三峡工程中应用，取得良好效果，并获得发明专利一项；

3、参加微膨胀高镁中热水泥性能优化和预分解窑制备技术的研发工作；

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4、负责起草了中国长江三峡工程标准《混凝土用水泥技术要求及检验》（TQPS03）和金沙江溪洛渡工程标准CTGPC?XLD 01《混凝土用中热硅酸盐水泥技术要求及检验》；在三峡工程建设中，负责大坝工程施工中混凝土质量监控、长期性能检测等，将项目成果推广到溪洛渡、向家坝、白鹤滩和乌东德等工程，为我国水电工程的技术进步作出重大贡献。

⑶葛洲坝集团水泥有限公司

葛洲坝集团水泥有限公司具有较丰富的特种水泥生产经验，为了保证项目顺利进行，投入上千万元对生产线进行改造，以适应微膨胀高镁中热水泥生产工艺的要求。在该项目实施过程中，对创新成果2和创新成果4的主要创新贡献：

1、参与微膨胀高镁中热水泥组成设计及性能优化并保证实施；

2、预分解窑制备微膨胀高镁中热水泥技术研发的主要完成单位。是所列知识产权中实用新型专利“一种带有温度PID模糊控制系统的水泥分解炉”的完成单位。解决了由于液相量大出现的结皮堵塞技术难题，以及对高镁中热水泥煅烧热力学历程的控制，在国内率先在2500t/d预分解窑生产微膨胀高镁中热水泥，性能完全满足大型水电工程的要求，降低了能耗，节约了成本，减少了环境污染；

3、参与微膨胀高镁中热水泥国家标准样品的定值工作并用于生产质量控制中，保证了微膨胀高镁中热水泥质量稳定性。

项目实施期间，共为三峡、向家坝等工程供应微膨胀高镁中热水泥400多万吨，全部满足大型水电工程的要求。

⑷华新水泥股份有限公司

华新水泥股份有限公司具有多年水工水泥生产的经验，为了保证项目顺利进行，投入近千万资金对生产线烧成系统和冷却系统进行改造，在该项目实施过程中，对创新成果2、4的主要创新贡献：

1、对微膨胀高镁中热水泥组成设计及性能进行优化设计并在本公司实施； 2、先后在2500t/d和4000t/d预分解窑成功生产微膨胀高镁中热水泥，通过调整生产配方和熟料烧成热力学的控制等技术措施，解决了预分解窑的结皮堵塞难题，保证了水泥强度、水化热和微膨胀的协调发展，实现了微膨胀高镁中热水泥在预分解窑的稳定生产；

3、严控原燃材料的质量和各工序产品的稳定性，制定了详细的水泥生产质量控制和管理方案。

项目实施期间，共为三峡、溪洛渡、向家坝、白鹤滩和乌东德等大型水电工程供应微膨胀高镁中热水泥300多万吨，全部满足大型水电工程的要求，为国家大型水电工程的建设做出了贡献，对项目推广应用起到积极作用。

⑸湖南石门特种水泥有限公司

三峡工程前，湖南石门特种水泥有限公司为其他水电工程生产过中热水泥。为了保证项目顺利进行，投入数百万元对生产线进行改造以适应微膨胀高镁中热水泥生产工艺的要求，在该项目实施过程中，对创成果2和4的主要科技创新贡献：

1、参与微膨胀高镁中热水泥的矿物组成及重要性能指标的优化工作并保证在公司的实施；

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2、 开发了在2500t/d预分解窑生产微膨胀高镁中热水泥技术。通过控制烧成温度和冷却速率，调整操作参数，避免了预分解窑的结皮堵塞，水泥的强度、水化热和膨胀性等各项指标均满足大型水电工程的要求；

3、参与了中热硅酸盐水泥化学分析国家标准样品的定值工作，并在生产质量控制中使用该标准样品进行质量监控，确保检验结果的准确；

4、 严格控制原燃材料的质量和各工序产品的稳定性，制订了详细的水泥生产质量控制和管理方案。保证了微膨胀高镁中热水泥质量的均匀性和稳定性；

项目实施期间，共为三峡、向家坝和雅砻江流域水电工程供应微膨胀高镁中热水泥100多万吨，为项目的推广应用起到积极作用。 4、推广应用情况：

本项目以满足国家重大水电工程建设需求，攻克大坝混凝土开裂难题为目标，针对水工大坝混凝土温降收缩引起的开裂问题，历时十余年，开发了大型水电工程专用微膨胀高镁中热水泥的制备与应用技术，广泛应用于我国水电工程建设领域，为大型水电工程的建设质量提供重要技术支撑。

项目成果已辐射国内多家水泥企业集团（见表5）。实现了微膨胀高镁中热水泥在日产5000吨预分解窑实现规模化稳定生产，显著提升我国特种水泥工艺装备技术水平，大幅降低了水泥烧成能耗，促进了水泥行业的技术进步和节能减排。

项目成果已应用于三峡、锦屏、溪洛渡和大岗山等10多个大型水电工程（见表6），按装机容量（≥50万kW）计，项目成果市场占有率超过80%。工程应用表明，达到了补偿收缩效果，为解决大坝混凝土温度裂缝这一世界性难题开辟了新技术途径，提升了我国水电工程建设水平与国际竞争力。

表1 微膨胀高镁中热水泥的部分生产企业及其应用工程 应用单位名称 葛洲坝集团水泥有限公司 华新水泥股份有限公司 湖南石门特种水泥有限公司 四川峨胜水泥集团股份有限公司 云南永保特种水泥有限责任公司 四川双马宜宾水泥制造有限公司 四川嘉华企业（集团）股份有限公司 四川嘉华锦屏特种水泥有限责任公司 2009年至今 205.01 锦屏、官地等 应用起止时间 供应数量（万吨） 441.57 303.29 149.35 190.42 155.13 应用工程 应用单位联系人/电话 刘生超 13972879219 刘伟胜 13972781288 覃爱平 13807360925 王燕 13981330765 胡汝杰 13988851229 将家东 15881351677 张水建 13881385105 李建海 13308157880 经济效益 （万元） 利润+税收+节支 73755.43 利润+税收+节支 51550.13 利润+税收+节支 20221.17 利润+税收+节支 28901.64 利润+税收+节支 24486.24 利润+税收 15555.32 利润+税收+节支 38408.35 利润+税收+节支 32560.11 1998年至今 1998年至今 1998年至今 2008年至今 2007年至今 三峡、向家坝等 三峡、溪洛渡、 向家坝等 三峡、向家坝等 溪洛渡、大岗山等 金安桥、观音岩等水电工程 向家坝 大岗山、锦屏、官地等 2007年至今 137.78 2009年至今 241.76 第4页/共10页