水泥基础研究缘何受宠

由中国建筑材料科学研究院组织申报的《高性能水泥制备和应用的基础研究》项目，被国家科技部批准，并被列入国家“９７３”“十五”第一批项目计划。这是自１９９８年国家重点基础研究发展规划启动后，惟一被列入“９７３”项目计划的建材行业项目，实现了建材在国家“９７３”项目零的突破。
《国家重点基础研究发展规划》（以下简称《规划》），即国家“９７３”计划的立项工作，始终坚持国家需求的导向，坚持政府决策与专家咨询的有机结合，坚持高标准、严要求，坚持“择需、择重、择优”和“公平、公正、公开”的原则。自１９９８年国家“９７３”项目计划启动以来，主要围绕农业、能源、信息、资源与环境、人口与健康及材料等领域的重大科学问题，开展多学科的综合研究，而在材料工业中被更多重视的是电子、纳米等材料，建筑材料行业一直排不上号。这次水泥的基础研究在建材业中率先被列入了国家“９７３”项目计划，原因是什么，意义何在？在该项目开始启动之际，记者带着这个疑问专门采访了该项目的首席专家中国建筑材料科学研究院陈益民博士。
陈博士是国家“９７３”《规划》中已立项所聘任４５岁以下的４０名首席专家中的一个，他一语中的深入浅出地回答了记者提出的问题。
他说，《高性能水泥制备和应用的基础研究》被列入国家“９７３”“十五”第一批项目计划后，中国建筑材料科学研究院作为牵头组织实施单位，经过积极筹备，于５月２３～２４日在北京召开了该项目专家咨询和第一次工作会议。来自中国建筑材料科学研究院、南京工业大学、上海同济大学、北京工业大学和武汉理工大学等课题承担单位的近３０名研究人员参加了会议。在会上，作为项目的首席专家，他和南京工业大学的许仲梓教授对项目的研究思路、研究基础、总体目标，以及与项目相关的课题进行了介绍；中国建筑材料科学研究院副院长马眷荣介绍了该项目的组织、管理办法。专家们对这些内容进行了认真的讨论，在肯定项目计划任务书内容的前提下，提出项目研究要借鉴前人研究出的相关成果及相关学科的研究思路，建议项目研究要充分考虑其应用的可能性。这标志着建材行业国家“９７３”项目计划已开始启动。
在谈到“为什么水泥的基础研究能在建材业中首当其冲地进入国家‘９７３’项目计划”时，他思路清晰，滔滔不绝。
他告诉记者，该项目研究的主要目标是：为提高我国水泥的综合性能提供科学理论依据，其高性能水泥主要突出三个特征：一是高强度，二是优异的耐久性，三是良好的环境协调性。该项目之所以受宠，简单讲就是其总体目标瞄准了国家的重大需求，而且在研究内容上提炼出了基础研究的重大科学问题。具体可从三个方面来看：
社会经济发展需求巨大水泥产量 以质量提高代替数量的增长
我国是水泥生产大国，２０００年水泥产量已经达到５．８亿吨，其中经高温专门烧制的水泥熟料约４．８亿吨；２００１年我国水泥产量约为６亿吨。我国水泥产量占世界水泥总产量的１／３以上。作为发展中国家，我国国民经济的持续发展对水泥的需求量仍将有大幅度增长，我国实施西部大开发，以及２００８年北京承办奥运会等，都要求增加水泥的产量。据悉，到２０１０年，我国水泥的年需求量将达到８亿吨以上。这么大的水泥需求量，如果通过投资来增加水泥产量的话，需要投资数千亿元。解决这个难题的办法，惟一的出路就是想办法提高水泥的性能，增加水泥中工业废弃物的利用量，用较少量的高性能水泥达到较大量低质水泥的使用效果，以质量的提高替代数量的增长。
社会发展对水泥性能提出新要求 原有水泥性能亟待研究提高
随着社会的快速发展，超高层建筑物、大深度地下构筑物、超长大桥、南水北调、大型水电与核电站、高速公路、海上空港、甚至海中城市等等大型工程和建筑会越来越多，这对水泥与混凝土的性能提出更高的要求，比如施工性更好、水化热更低、强度更高、体积更稳定、耐腐蚀性和耐久性更好，这都要求尽快提高水泥的综合性能。另外，含有各种有害成分的大气、雨水和地下水以及其他侵蚀性介质等对水泥基材料的腐蚀作用越来越严重，造成材料的性能和结构稳定性逐渐衰减和劣化，造成工程使用寿命下降。为此，混凝土材料设计正从单一强度指标向以强度和耐久性综合指标作为主要设计依据的重大转变，这就要求水泥既要有高强度，又要有优异的耐久性能。
在采用ｉｓｏ标准后，我国水泥强度等级主要为４２．５和３２．５级，与发达国家的５２．５级相比还有明显的差距。用低标号、低性能的水泥制备混凝土时，所需水泥用量较多，而耐久性却较差，这个因素也会造成水泥用量的增加。为此，研究、开发高性能水泥，大幅度提高水泥的综合性能，是社会发展对水泥性能提出的新要求，也是实现我国建材工业“由大变强、靠新出强”的可持续发展战略的惟一出路。
环境保护和绿色奥运的需求 扩张型水泥发展模式必须改变
我国水泥生产年耗电６５０亿千瓦时、耗煤７８００万吨、耗石灰石５．５亿吨；同时年排放ｃｏ２４．４亿吨、ｓｏ２和ｎｏｘ等有害气体１８０万吨。目前我国这种数量扩张型的水泥工业发展模式将使我国能源、资源和环境不堪重负。另外，我国每年还排放出各类固态工业废弃物８亿多吨。这些大量的废弃物中大部分具有潜在的活性或胶凝性，但是其综合利用率还不足一半，在水泥和混凝土中的利用量更少。这些废弃物堆积如山，造成极大的环境污染，同时也是巨大的资源浪费。环境保护及绿色奥运都迫切要求解决这些问题，加快研究对这些废弃物进行深加工，充分发挥其潜在活性使其成为水泥和水泥基材料中能够调节性能的辅助性胶凝材料，替代部分水泥熟料，用较少量的优质熟料辅以高度激发的固态废弃物，制备出大量的高性能水泥。
该项目积极开展高性能水泥制备和应用的基础性研究，建立高性能水泥的科学理论，将为制备高性能水泥，减少熟料的用量，大量消纳固态废弃物，以水泥性能的提高替代水泥数量的增长奠定科学的理论基础，这的确是我国社会和经济发展的重大需求。
同时陈益民还强调，水泥制备的科学问题必须与应用过程的科学问题结合起来研究才能有实际的指导作用。由于水泥体系的复杂性，现有的水泥科学理论还不完善，尤其是工业废弃物参与下的水化过程和硬化体结构的理论不够，使其耐久性研究陷入困境，导致水泥制备和应用技术仍处于经验式开发阶段，进一步的技术开发必须基于在基础研究上的突破。因此，该项目的解决，这些基础性问题的研究，也是水泥材料科学发展的重大需求。