【正文】 接枝、空間合理排布以及多元復(fù)合的方法，改善化學(xué)外加劑與水泥 /輔助 性 膠凝材料 的適應(yīng)性，調(diào)節(jié)和控制漿體空間結(jié)構(gòu)形成過程，獲得理想的漿體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各膠凝組分的充分水化。確定 水泥熟料與輔助 性 膠凝材料 物理、 化學(xué) 優(yōu)化 匹配 原則 。 5) 復(fù)合水泥漿體組成和結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律及調(diào)控 對硅酸鹽水泥熟料 輔助性膠凝材料體系，綜合運用 核磁共振、 小角度 X 射線散射和 高分辨透射電子顯微鏡等現(xiàn)代分析手段 精確測定 CSH 凝膠 等固相 的組成與結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律。采用同步層析 X射線衍射分析 等對水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)隨時間的變化規(guī)律進 行研究。采用 孔 溶液 等離子發(fā)射光譜（ ICP）分析和 電阻率測定等表征孔溶液的性質(zhì)。采用 高分辨透射電子顯微鏡和 電阻率儀等研究固相物質(zhì)和孔分布情況、孔連通性及水泥漿體各相間的界面結(jié)構(gòu)特征。通過調(diào)整水泥漿體初始結(jié)構(gòu)、摻加化學(xué)外加劑等調(diào)控水泥漿體的組成與結(jié)構(gòu)。測定水泥漿體的強度、變形 、 流體遷移性能、離子的固結(jié)或持留作用，闡明水泥漿體組成和結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 9 6) 水泥基材料的產(chǎn)物與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及 服役行為 觀察 在大氣環(huán)境和壓力水作用下 水泥基材料漿體孔隙結(jié)構(gòu)、孔溶液的堿度和水化產(chǎn)物組成隨時間的變化規(guī)律，以及 水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu) 的 穩(wěn)定性 ，獲得基于耐久性的水泥組成設(shè)計合理性判據(jù)。通過實驗測定和數(shù)值模擬研究水泥硬化體孔隙內(nèi)表面特性，在試件上預(yù)制特定寬度和密度的裂縫以模擬荷載效果，對比荷載與非荷載條件下 水泥 基材料 的 孔隙特性、體積穩(wěn)定性和開裂敏感性對其滲透性的影響。測定在不同侵蝕性環(huán)境中實際結(jié)構(gòu)內(nèi)沿深度分布的侵蝕性介質(zhì)濃度曲線，建立侵蝕性介質(zhì) 在水泥基材料中的擴散模型；在大量獲得 腐蝕 +應(yīng)力耦合作用下鋼筋混凝土 破壞數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 建立水泥基材料的 壽命預(yù)測模型 。 (3) 可行性 項目研究目標(biāo)緊扣水泥工業(yè)節(jié)能減排，相關(guān)的指標(biāo)達到國際領(lǐng)先水平。盡管項目研究難 度大，但是項目組經(jīng)過深入系統(tǒng)的研究，完全有可能取得重大突破。 1） 建立阿利特微結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系，并通過優(yōu)化熟料相匹配低能耗制備高膠凝性熟料是實現(xiàn)水泥生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)節(jié)能的基礎(chǔ)。熟料礦物微結(jié)構(gòu)表征和微結(jié)構(gòu)調(diào)控是有很強挑戰(zhàn)性的研究內(nèi)容。但在已結(jié)題的“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”中，已對熟料微結(jié)構(gòu)表征方法和結(jié)構(gòu)調(diào)控措施進行了探索，表明現(xiàn)有實驗室測試技術(shù)手段能夠系統(tǒng)評價熟料礦物的微觀結(jié)構(gòu)。而且，可以通過摻雜、溫變等多種技術(shù)途徑調(diào)控熟料礦物微結(jié)構(gòu)。本課題提出的內(nèi)容已有良好研究基礎(chǔ)，是在繼承前述研究基礎(chǔ)上的深化和發(fā) 展。同時優(yōu)化了課題承擔(dān)人員的專業(yè)結(jié)構(gòu)和分工，在低能耗制備熟料方面取得突破是可以預(yù)期的。 2） 熟料燒成過程的熱耗主要是碳酸鹽分解，約占總熱耗的 60%左右，而礦物形成過程是放熱過程。如果將熟料燒成各個階段重新劃分，就可以使高反應(yīng)活性的新生態(tài)的 CaO 和 SiO2迅速結(jié)合，同時進行其能量重新配置，把某些反應(yīng)放出熱量補充碳酸鈣分解的吸熱。高溫帶所需要升溫的幅度減少，熱耗減少。項目組進行的實驗室初步試驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這一趨勢。所以，進行熟料燒成過程中的能量重新配置，提高熱交換效率，降低熟料燒成能耗是可能的。 3） 研究水泥漿體 不同層次結(jié)構(gòu)，建立基于性能優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型，來指導(dǎo)水泥組成優(yōu)化設(shè)計，提高輔助膠凝組分的用量并延長水泥基材料的服役壽命。這一研究思路得到國內(nèi)外專家的認可，實現(xiàn)水泥高效應(yīng)用和水泥工業(yè)間接節(jié)能減排的有效途徑， 10 因而課題設(shè)計的研究思路是可行的，也是可以達到的目標(biāo)。主要難點在于建立水泥漿體不同結(jié)構(gòu)層次合理配置模型，及實現(xiàn)不同層次結(jié)構(gòu)合理配置的方法。而本項目承擔(dān)單位在上述相關(guān)方面已有較好的研究基礎(chǔ)，具有國際水平的測試設(shè)備，因此在這方面取得顯著進展是完全可以預(yù)期的。 4） 項目主持單位和參加單位有良好的研究基礎(chǔ)，除了主持已經(jīng)結(jié) 題的 973 項目“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”之外，目前正主持國家科技支撐計劃重大項目的課題“高性能水泥綠色制造工藝和裝備”。本項目的研究成果將和科技支撐計劃課題相配合，相輔相成，相互促進，有助于本項目研究成果盡快進行工業(yè)性試驗，有助于研究取得突破。 5） 項目承擔(dān)單位 為國內(nèi)水泥領(lǐng)域重要 的科研機構(gòu)、重點大學(xué)以及國家大型水泥企業(yè)，具備 開展 實驗條件， 并 有很好的研究基礎(chǔ)。項目依托單位是已結(jié)題的 “ 973”計劃“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”項目的依托單位和主持單位。主要參加人員多數(shù)為已結(jié)題項目參加人員，長期從事水 泥熟料燒成和水泥制備、水泥漿體結(jié)構(gòu)與性能及水泥基材料耐久性的研究，其專業(yè)背景和研究優(yōu)勢有很強的互補性 ,這為順利開展項目研究工作，提供了強大的人力資源保證。 創(chuàng)新點 本項目在深入了解和詳盡分析水泥科學(xué)國際最新研究進展和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，緊密圍繞水泥節(jié)能減排的國家重大需求，瞄準(zhǔn)影響中國水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的資源、能源和環(huán)境負荷的瓶頸問題， 在高膠凝性熟料組成與結(jié)構(gòu)、熟料燒成和水泥粉磨等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)研究上取得重大突破，主要創(chuàng)新點有： 1) 建立熟料相組成匹配模型和阿利特介穩(wěn)化控制準(zhǔn)則 。 2) 提出熟料分段燒成動力學(xué)控制理論 。 3) 提出水泥高效粉磨高離心力場和小能量振動破碎原理 。 4) 建立基于耐久性的水泥組成設(shè)計方法 。 課題設(shè)置 第一課題： 高介穩(wěn)阿利特微結(jié)構(gòu)和熟料礦物相組成 優(yōu)化 (經(jīng)費比例： 20%) 主要研究內(nèi)容： 1) 摻雜 元素 和變溫過程對阿利特介穩(wěn)程度和相結(jié)構(gòu)的影響 及 表征 2) 阿利特介穩(wěn)程度 、微結(jié)構(gòu) 和 熟料礦物形貌 與其水化活性的關(guān)系 及 調(diào)控 11 3) 摻雜物質(zhì) 對高膠凝性 熟料 的 物理和化學(xué)作用規(guī)律、主礦物相和重要的新相組成匹配與設(shè)計 4) 熟料中礦物相匹配與燒成熱耗和性能的關(guān)系 研究目標(biāo)： 建立高介穩(wěn)阿利特微結(jié)構(gòu)的表征方法，闡明摻雜效應(yīng)和冷卻速度對高介穩(wěn)阿利特 微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，揭示阿利特微結(jié)構(gòu)對其水化活性的影響規(guī)律。提出阿利特微結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)。提出高膠凝性熟料相組成匹配優(yōu)化機理，摻雜物質(zhì)作用規(guī)律和存在狀態(tài)。在先進新型干法窯上，穩(wěn)定生產(chǎn)高膠凝性熟料， 28天抗壓強度穩(wěn)定達到 65MPa，同時熟料燒成節(jié)煤 10％。 承擔(dān)單位：南京工業(yè)大學(xué)、中國建筑材料 科學(xué) 研究總院 課題負責(zé)人：沈曉冬 第二課題：熟料 分段 燒成動力學(xué)及過程控制（經(jīng)費比例： 18%） 主要研究內(nèi)容： 1) 研究原料礦物分解新生物相的反應(yīng)活性和化學(xué)結(jié)合能，弄清外部能量供給及溫度場對初始固相反應(yīng)的影響 2) 研究固相反應(yīng)的熱、動力 學(xué)過程，分析固相反應(yīng)的放熱效應(yīng)和自維持反應(yīng)機理，研究固－液相反應(yīng)熱焓互補 3) 研究高溫熔體性質(zhì)對熟料及阿利特形成的影響，分析阿利特晶核形成及生長機理，完善阿利特形成反應(yīng)動力學(xué)方程 4) 通過冷、熱態(tài)試驗和計算機模擬，研究懸浮態(tài)下分解動力學(xué)及初始固相反應(yīng)過程 5) 研究堆積態(tài)下固、液相反應(yīng)及傳熱、傳質(zhì)特性，進行最佳能量配置和檢測分析，建立新一代、高能效水泥生產(chǎn)窯爐工藝技術(shù)原型 研究目標(biāo)： 通過熟料燒成動力學(xué)的系統(tǒng)研究，提出熟料燒成分段控制方法和措施，達到最佳過程能量配置，提高阿利特礦物和高膠凝性熟料形成速率，熟料能耗降低 200kJ/kg, 窯爐單位容積產(chǎn)量提高 30％，為工業(yè)化生產(chǎn)高膠凝性水泥熟料降低能耗提供理論依據(jù)，為新型干法窯的改進提供創(chuàng)新性的理論支撐和指導(dǎo)。 主要承擔(dān)單位：中國建筑材料科學(xué)研究總院、南京工業(yè)大學(xué) 課題負責(zé)人： 汪瀾 12 第 三 課題： 水泥粉磨動力學(xué)及過程控制 （經(jīng)費比例： 15%） 主要研究內(nèi)容： 1) 離心力場作用下水泥粉磨過程中 動力學(xué)與能量傳遞 2) 離心力場相關(guān)參數(shù)對粉體顆粒學(xué)特征參數(shù)的影響規(guī)律 3) 沿物料塊體缺陷使其破碎所需的最優(yōu)加載力和加載頻率 4) 物料塊體組在小能量振動不同載荷和振動頻率作用下破碎機制 研究目標(biāo)： 建立和應(yīng)用高 離心力場和小能量振動破碎原理，建立高效的水泥粉磨系統(tǒng)，最大限度地降低水泥粉體粉磨能耗 ， 水泥 粉磨電耗比球磨系統(tǒng)降低 35％、比聯(lián)合粉磨系統(tǒng)降低 15%。 承擔(dān)單位：南京工業(yè)大學(xué)、中國建筑材料科學(xué)研究總院 課題負責(zé)人： 葉旭初 第 四 課題：水泥熟料和輔助性膠凝材料優(yōu)化復(fù)合的化學(xué)和物理基礎(chǔ)（經(jīng)費比例： 15%） 主要研究內(nèi)容： 1）水泥熟料與輔助性膠凝性材料在顆粒分布、顆粒堆積和表面性狀等初始物理組成以及化學(xué)活性和水化動力學(xué)等方面的優(yōu)化匹配理論與方法， 復(fù)合優(yōu)化對粉體顆粒學(xué)特征參數(shù)的要求 ； 2）水泥熟料和輔助性膠凝材料在水 化和產(chǎn)生膠凝性方面的耦合作用機制；水泥熟料與輔助膠凝材料的持續(xù)水化反應(yīng)機理以及實現(xiàn)低水膠比和大摻量輔助性膠凝材料條件下水泥熟料高效水化的機制； 3）大摻量輔助性膠凝性材料下水泥漿體液相初始組成、 pH 值、液相粘度、表面張力和初始水化產(chǎn)物對化學(xué)外加劑作用效果與作用機制的影響； 4）化學(xué)外加劑在水化體系中的分布、化學(xué)外加劑官能團與膠凝組分間的物理化學(xué)作用； 5）水泥組分的初始物理狀態(tài)、空間聚類結(jié)構(gòu)與水泥漿體早期流變性能、初期結(jié)構(gòu)及塑性變形的關(guān)系。 研究目標(biāo)： 探 索充分發(fā)揮熟料和輔助性膠凝材料膠凝能力的理論與技術(shù)， 發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)水泥熟料顆粒發(fā)揮最大膠凝性的調(diào)控 機制 ，最終達到減少水泥熟料用量、增加輔助性膠凝材料摻量， 穩(wěn)定生產(chǎn)水泥的目的。工業(yè)生產(chǎn)水泥，保持水泥整體細度不變， 級 13 水泥熟料用量減少 10％。 主要承擔(dān)單位：華南理工大學(xué)、 同濟大學(xué) 課題負責(zé)人： 余其 俊 第五課題：復(fù)合水泥漿體組成和結(jié)構(gòu)的演變 規(guī)律 (經(jīng)費比例： 12%) 主要研究內(nèi)容： 1) 復(fù)合 水泥 漿體 結(jié)構(gòu) 演化的 計算機模擬 。 2) 水泥漿體水化產(chǎn)物（ CSH 凝膠 、 CH、 AFt 和 AFm 等 ）、未水化熟料和未反應(yīng)輔助性膠凝材料相組成分析和納微米尺度結(jié)構(gòu)表征。 復(fù)合 水泥漿體中水的狀態(tài)分 析 和孔溶液 組成表征。低水膠比條件下復(fù)合水泥漿體 孔結(jié)構(gòu) 參數(shù)表征方法和經(jīng)時變化規(guī)律 。 3) 復(fù)合水泥 漿體 納微米尺度 結(jié)構(gòu)與強度、變形、離子結(jié)合 /滯留能力及流體遷移等性能的關(guān)系 。 4) 水泥漿體初始結(jié)構(gòu)和化學(xué)外加劑等對硬化復(fù)合水泥漿體結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其作用機制。 基于性能優(yōu)化的復(fù)合水泥漿體理想結(jié)構(gòu)模型。 研究目標(biāo)： 研究低水膠比條件下 ， 硅酸鹽水泥熟料和輔助性膠凝材料水泥漿體納微米尺度組成和結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律及其對水泥基材料宏觀性能的影響規(guī)律，闡明水泥漿體組成和結(jié)構(gòu)的調(diào)控機制，建立水泥漿體的結(jié)構(gòu)模型， 為 水泥的高效應(yīng)用 提供理論依據(jù) 。 承擔(dān)單 位：南京工業(yè)大學(xué)、同濟大學(xué) 課題負責(zé)人： 鄧敏 第六課題：水泥基材料的產(chǎn)物與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及 服役行為 （經(jīng)費比例： 20%） 主要研究內(nèi)容： 1) 影響水泥基材料水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最低堿度環(huán)境和水化硅酸鈣凝膠的鈣硅比 。 2) 水泥基材料的孔結(jié)構(gòu)與 其 滲透性的關(guān)系，孔隙內(nèi)表面特性對于液體傳輸特性的影響 。 3) 在荷載與非荷載條件下 水泥基材料 中侵蝕性介質(zhì)的傳輸機制；離子在帶缺陷的復(fù)合水泥基材料中的擴散模型； 水泥基材料 的 變形特性 和非荷載 開裂敏感性 對其的影響規(guī)律。 14 4) 建立 應(yīng)力 +腐蝕（鹽凍、鋼筋銹蝕與荷載、 約束 等）耦合作用下鋼筋混凝土 的 壽命 預(yù)測模型 。 研究目標(biāo)： 提出基于耐久性的低鈣的 復(fù)合 水泥體系 的 水化產(chǎn)物與漿體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性判據(jù)。揭示復(fù)合水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)變化與決定材料耐久性能的重要因素 ——滲透性和體積穩(wěn)定性的關(guān)系，闡明硬化混凝土表層內(nèi)的介質(zhì)傳輸基本規(guī)律 及其影響因素 ，提出其結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制機制。了解在服役條件下水泥基材料的行為表現(xiàn)及其耐久性變化規(guī)律，闡明水泥基材料的性能劣化機理，建立混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測模型，為水泥的制備和使用提供理論指導(dǎo)。 主要承擔(dān)單位：中國建筑材料科學(xué)研究總院、清華大學(xué) 課題負責(zé)人：姚燕 課題間的相互關(guān)系以及與項目目標(biāo)的關(guān) 系 本項目設(shè)置六個課題， 各課題都緊密圍繞所要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和總體目標(biāo)開展工作，是實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的有機組成部分。項目的中心 任務(wù) 是 “節(jié)能減排 和提高水泥性能 ”。 在 “水泥低能耗制備 ”方面設(shè)置 三 個課題 ：第一課題研究 高介穩(wěn)阿利特微結(jié)構(gòu)和熟料礦物相組成 優(yōu)化； 第二個課題研究 熟料分段形成動力學(xué) 及 過程控制 。這兩個課題主要關(guān)注于熟料高膠凝性和 低能耗低排放燒成。第三課題研究 離心力場中水泥粉磨動力學(xué)與顆粒特性 ，主要關(guān)注 從 優(yōu)化復(fù)合角度提出對粉體顆粒學(xué)特征的要求后，如何低能耗高效率地制備粉體，涉及粉磨節(jié)能。在 “水泥高效應(yīng)用 ”方 面設(shè)置 三 個課題：第四課題研究熟料與輔助性膠凝材料優(yōu)化復(fù)合的化學(xué)和物理基礎(chǔ)，主要關(guān)注于如何 使 水泥 熟料 膠凝性 的充分發(fā)揮、輔助性膠凝材料用量盡可能提高 。 .第五課題研究復(fù)合水泥漿體組成和結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律及調(diào)控，建立復(fù)合水泥漿體結(jié)構(gòu)模型，提出漿體組成和結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性、離子傳遞特征和化學(xué)性能等宏觀性能的關(guān)系。第六課題研究服役條件下水泥基材料的產(chǎn)物與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及預(yù)測評估，對水泥基材料環(huán)境服役行為進行科學(xué)評價。這六個 課題之間緊密聯(lián)系，與項目的總目標(biāo)密切關(guān)聯(lián)。 15 四、年度計劃 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 征 、初步建立阿利特微結(jié)構(gòu)與其水化活性的關(guān)系。 相的反應(yīng)活性、化學(xué)結(jié)