環(huán)保產品廠家隨著經濟建設的發(fā)展和環(huán)保力度的加強，高性能和多功能的綠色環(huán)保膠凝材料越來越引起人們的興趣和重視。德國、日本、瑞士和加拿大等發(fā)達國于上世紀70年代開始研究和推進廢棄物替代自然資源，加強高性能水泥與水泥基材料的研究。我國于20世紀90年代末開始對“水泥綠色化”的研究與開發(fā)。

1.低溫燒成水泥

節(jié)能水泥熟料燒成方法研究包括研究添加礦化劑或提高原料易燒性等。在添加礦化劑方面，若采用“氟”和“硫”，則可以降低燒成溫度100℃，今后有望實現采用。雖然少量的微量元素成分會給產品帶來不良的影響，但不同的使用方法也可使其變成有利的元素。目前已有使用礦化劑使熟料顆粒細?；难芯繄蟾?，在這樣的窯內環(huán)境下，溫度測定的精度很高。

國外有的公司對一種硫鋁酸鹽礦物作用進行了研究，這種礦物表示為4CaO3˙3Al2O3˙SO3（C4A3S），從原料組成來看，形成的CO2量較少，并且燒成溫度也比阿利特低。為了適應低碳社會的要求，水泥CO2的排放量越少越好，這種鈣硫鋁系水泥比現在通用硅酸鹽水泥的CO2排放量少30%左右，故世界上出現了這種系列水泥商品化的研發(fā)動向。另外，在超快硬水泥、玻璃纖維增強水泥和膨脹劑方面，也研究了這種礦物作用，受到了很多人的關注。

2.“間隙質”對水泥熟料性能的影響

使用廢棄物作為替代原燃料的水泥較之普通波特蘭水泥，其Al2O3的成分較多，這是由于采用了廢棄物的結果，所以今后要考慮水泥中“間隙質量”的增加問題。“間隙質”，即“質量空白”，含量多會對凝結時間、水化熱、流動性、強度、收縮率造成影響，故有必要研究其影響關系，找到對應措施。例如，當C3A增加時，可以調整石膏的加入量來保證好的流動性，所以有人提出了保證一定物性、強度和水化熱的“間隙質量”組成方案。

3.“低放射性”水泥

與“高間隙質”概念相反的技術也在研究，現已開發(fā)了大幅度降低“間隙質”熟料的技術，這種熟料僅含普通硅酸鹽水泥1/4的“間隙質相”和低熱波特蘭水泥1/2的“間隙質相”。

一般認為，為了保證熟料燒成穩(wěn)定，要保證有一定的“間隙質量”。通過原料配料和實驗，可以找到合適的參數值，同時可滿足低熱水泥的質量要求。這樣的熟料盡量不使用Fe和Al成分，所以與這些元素可能同時進入的Co、Na、K等微量放射元素也隨之減少。這樣的熟料具有低放射性，可用于處理具有放射性的設施和與原子能關聯的設施。

4.“低鈣”水泥

在低鈣水泥系統(tǒng)方面，早期出現的有礦渣硅酸鹽水泥（高爐礦渣摻加量為20％～70％）、火山灰硅酸鹽水泥（火山灰質混合材20％～50％）、粉煤灰硅酸鹽水泥（粉煤灰20%～40％），后來又出現了復合硅酸鹽水泥，即摻入兩種以上混合材。為了滿足高性能混凝土的要求，人們又采用摻加大量超細礦渣（比表面積600～800m2/kg）和高質量粉煤灰等混合材技術，同時，人們還在研究C2S及C4AF含量高的熟料以及活化它們的方法，以便開發(fā)出新品種水泥。此外，高貝利特水泥（C2S＞50%、C3S≤30%）的性能也正在研究中。此外，利用粉煤灰配料研究開發(fā)一種能夠大幅度降低能耗和二氧化碳排放的水泥熟料生產方法，也是對低鈣水泥生產方法的研究，其產品綜合性能優(yōu)于普通硅酸鹽水泥，二氧化碳排放量和燒成熱耗都可大幅降低，噸熟料使用的粉煤灰比例＞40%，噸熟料二氧化碳排放量和燒成熱耗可以降低20%以上。此方法是以新型干法水泥生產工藝為基礎，形成適用于低鈣水泥生產的新工藝，我國在這方面已取得了較大進展。

5.“生態(tài)”水泥與協(xié)同處置廢棄物

“生態(tài)”水泥是相對普通波特蘭水泥的概念，即在傳統(tǒng)水泥制造過程中，充分利用廢棄物替代原料或燃料，減少環(huán)境負荷，所得產品仍屬硅酸鹽水泥。因這種產品與環(huán)境友好，有利于可持續(xù)發(fā)展，故稱“生態(tài)”水泥。一般硅酸鹽水泥的原料包括石灰石、粘土類原料和鐵質原料等，而生態(tài)水泥的配比組成因垃圾焚燒灰和下水污泥等占有相當大的比重，則石灰石的含量可大大減少。日本上世紀90年代開發(fā)的“生態(tài)”水泥，1t水泥至少要使用500kg垃圾焚燒灰和下水污泥。由廢棄物帶入的二噁英可以在回轉窯1350～1500℃的高溫中分解，所以回轉窯的廢氣和熟料中都不會含有。另外，廢棄物帶入的重金屬在回轉窯1300℃以上高溫中以氯化物形式揮發(fā)而隨廢氣排出，再由重金屬回收裝置濃縮分離成為可利用的再生資源，重金屬回收裝置的廢水在滿足其排放標準之后排放。

從上世紀70年代開始，德國、瑞士、法國、英國、意大利、挪威、瑞典、美國、加拿大、日本等發(fā)達國利用水泥窯處置危險廢物和城市生活垃圾，替代量一般在20%～40%，個別水泥廠替代率可達50%以上，例如，上述垃圾焚燒灰生態(tài)水泥法、垃圾焚燒飛灰洗氯法、原態(tài)垃圾發(fā)酵焚燒法、德國的大垃圾直接投入法、史密斯的圓盤爐焚燒法等。一般廢棄的生活、工業(yè)垃圾，當其數量、性狀與特點不是標準狀態(tài)時，也可以按“合理性”與“可能性”在燒成系統(tǒng)的恰當位置投入到窯內。如廢輪胎可以用皮帶機一個一個從窯尾煙室送入，釀酒廢液可以用泵送進窯尾合適位置。我國一些水泥廠在回轉窯協(xié)同處置廢棄物方面取得了一定進展，如利用垃圾焚燒飛灰作為替代原料、生活垃圾綜合預處理焚燒法、回轉窯焚燒有毒有害廢棄物和焚燒生活污泥等。

6.高性能水泥的研究

水泥是一種處于介穩(wěn)狀態(tài)的礦物粉體材料，通過水化后產生水化物，水化物彼此鍵合并逐漸硬化成為具有強度的硬化體。水泥從制備到應用，不單是復雜的粉體工程，而且是一個從穩(wěn)定態(tài)到介穩(wěn)態(tài)，又從介穩(wěn)態(tài)向較穩(wěn)定態(tài)過渡的過程。所以為了提高水硬性要提高水泥熟料礦物的介穩(wěn)性，使其盡量處于高能態(tài)，但為了提高耐久性要提高水化物的穩(wěn)定性，盡量降低其能態(tài)。高性能水泥的研究內容如下：

（1）通過對水泥熟料礦相體系的優(yōu)化與改進，使水泥高強度化、高性能化，突破礦相低溫生成與高位能的矛盾。

（2）深入研究水泥顆粒微細化理論和好的級配理論，提高水泥熟料顆粒水化率，提高水泥內部潛能利用率，并使水泥基材料有高致密性和高耐久性。調整水泥顆粒形狀和顆粒級配，將水泥各組分控制在不同粒度范圍，達到體系緊密堆積，需水量減少，性能提高。

（3）研究不同熟料的復合、不同熟料與混合材的復合、不同顆粒尺寸材料的復合以及有機與無機的復合，增加水泥水化密實性和耐久性。

（4）對混合材料進行物理化學預處理，使之微細化、活性化，具有性能調節(jié)功能，使混合材的水化產物在水泥中起到結構致密性、膠結性、抗腐蝕性和耐久性作用，我國在機械力化學法研究方面有一定進展。

（5）使新型環(huán)保水泥的綜合性能取得突破性提高，從而大大提高混凝土構筑物各方面的性能和壽命，如強度提高10MPa、水泥用量減少20到30、抗?jié)B性能提高、混凝土壽命提高30%～50%等。

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