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《建材工业科技发展动态》2019年第3期 LC3:一种新型低碳水泥

发布时间:2020-08-24 15:17:52 来源:

建筑材料工业技术情报研究所/建筑材料工业技术监督研究中心
《建材工业科技发展动态》2019年第3期
报告编号:CBMI-I-2019-3


LC3:一种新型低碳水泥

撰稿人:韩乐静

目  录
前言 1
一、可持续水泥的最佳解决方案 2
(一)辅助胶凝材料(SCMs)的可用性 2
(二)三元混合水泥LC3 3
二、LC3技术介绍 5
(一)LC3简述 5
1、什么是LC3 5
2、LC3的独特之处 6
3、高水平替代熟料的原因 7
(二)原材料 7
1、煅烧粘土 7
2、石灰石 9
3、水泥熟料 10
(三)煅烧温度和设备 11
(四)粉磨 12
三、LC3产品性能 13
(一)新拌特性 14
(二)显微结构 14
(三)力学性能和抗压强度 15
(四)收缩特性 17
(五)传输性能 17
(六)氯离子侵蚀 17
(七)抗硫酸盐性能 18
(八)碱硅反应 19
(九)抗碳化能力 20
(十)养护条件的影响研究 21
(十一)大体积混凝土应用研究 22
四、LC3的生产与应用 22
(一)技术的稳健性 22
(二)生产与应用 23
五、技术可行性和盈利能力分析 25
六、环境影响评价概要 29
七、障碍和激励 31
(一)标准化 31
(二)市场及应用 31
八、进一步的研究重点 32
九、结论 32
参考文献 34

LC3:一种新型低碳水泥
前言
发展中国家的快速城市化和基础设施发展导致了水泥消费的巨大增长。到2030年,全球水泥产量将增加到50亿吨以上。然而,水泥工业在促进全球经济发展的同时也消耗了大量的资源和能源,给环境贡献了很多二氧化碳(占全球人为二氧化碳排放量的5-8%)。因此,过去几十年来,人们一直在寻求减少资源消耗和二氧化碳排放、确保行业可持续发展的可行方法。使用辅助胶凝材料(SCMs)代替水泥中的部分熟料是全球水泥工业中减少二氧化碳排放和充分利用资源的最成功策略。
粉煤灰和矿渣作为最有代表性的辅助胶凝材料已广泛应用于水泥和混凝土中。然而,传统辅助胶凝材料的供应有限,地域分布不均、性能波动等自然缺点,使得这一策略除非有新的辅助胶凝材料可用,否则很难进一步实施。面对全球水泥产量的增长,只有两种辅助胶凝材料是广泛可得并可大量使用的,就是煅烧高岭石粘土和石灰石。
使用煅烧高岭石粘土作为辅助胶凝材料,可追溯到1932年美国旧金山。尽管性能优异,但高品位粘土的高价格限制了煅烧粘土的使用。然而,在过去的几年中,低品位煅烧粘土被认为是一种非常有前途的辅助胶凝材料,这种粘土价格低廉,在全球范围内数量丰富,比传统辅助胶凝材料多得多。在制备三元胶凝混合物中同时利用煅烧粘土和石灰石,熟料含量可以降低到50%,这为混凝土结构提供了巨大的环境、经济和技术效益[1]。
石灰石煅烧粘土水泥(LC3)来源于瑞士联邦理工学院(洛桑)的研究,于2013年与古巴和印度的合作伙伴共同开发,并在古巴和印度建造了工业规模生产厂、混凝土预制构件厂、示范性建筑等。该技术的出现迅速受到了广泛关注。几年来各国研究人员对LC3及其制成的混凝土的性能进行了试验评估,如原材料的适宜性、粘土煅烧、粉磨、孔隙结构、LC3水化、力学性能、流变性、反应性、耐久性(氯离子、硫酸盐侵蚀、碳化反应、碱硅反应等)、环境可持续性、成本效益、生命周期评价等。
试验研究和水泥试生产应用证明,在LC3中,存在着双重反应机制,通过火山灰反应和石灰石-粘土的相互作用增强了胶凝材料的性能。在不改变现有施工方法的情况下,就可以毫不费力地引入该水泥。它可以减少高达30%的二氧化碳排放和水泥生产中15-20%的能耗。用这种水泥生产的混凝土的性能在很多方面都超过了目前市面上使用的水泥。即使是在50%的熟料替代水平下,LC3也能提供好的强度、耐久性和环境可持续性。LC3为大规模生产低碳水泥提供了一种可行的解决方案,是一种有前景、具有与普通硅酸盐水泥强度发展特征相当的低熟料水泥,也为大体积混凝土构件用低热、低成本胶凝材料提供了一种方法,为开发区创造了更为经济可行的材料。随着该技术的日渐明晰,LC3成为了传统普通硅酸盐水泥最有希望的替代品。本文将对该研究成果和生产经验进行介绍,为国内水泥工业研究者开发更可持续的、成本效益高的硅酸盐水泥替代材料提供参考。