水泥窑用耐火材料的应用现状与发展
古城炉料新型水泥窑用耐火材料介绍
河南省新郑市古城冶金炉料厂坚持科技创新，依靠科技进步不断提升产品质量和档次，以满足各类大型水泥企业不断追求提高设备运转率、降低生产成本的内在需求，产品在市场上供不应求。2005年以来，厂内就瞄准了水泥企业的发展机遇，确立了依靠科技创新，走高端市场的发展思路，与国家级科研单位——洛阳耐火材料研究所、北京建筑科学研究院等国内知名科研院所建立起科研合作关系，对公司产品进行了全面优化和提升。古城牌耐火材料已形成六大系列60个品种，产品先后进入一些大型水泥企业。
为了不断提升古城牌耐火材料的内在品质，公司以国外先进指标为参照值，制订出高于国家标准的企业产品标准体系，并以此作为科研开发的方向和产品质量考核的标准。与此同时，公司科研人员联合有关专家，对各种耐火材料的上百种配方进行科学对比研究和性能测试，以提高产品使用效果。在原料选用上，公司坚持选用优质原料组织生产。这些措施的采用使古城牌耐火材料的防爆、耐磨及热稳定性能远远优于国家颁布的《水泥窑用耐火材料使用规范》所规定的指标。
第一部分
古城炉料现代机立窑节能型衬里技术与实践
机立窑水泥企业是中国水泥工业的特色，随着国家产业政策的调整，环保执法的力度加大，以及ISO新标准的实施，对立窑企业将是一个严竣的挑战，因此立窑企业只有加大科技投入力度，依靠合理的生产工艺、先进的生产设备、科学的管理方法，彻底的粉尘治理，才能够以低成本的投入，实现优质、高产低消耗（即各种生产指标、经济效益）达到现代化的水泥生产要求，立窑企业才有生存空间。
机立窑是我国建材工业中大量消耗能源的窑炉之一，节约能源显得十分重要。十几年来随着机械化立窑的不断发展，对优质耐火材料的需求也日益迫切，这种市场需求，有力地促进了我所在耐火材料方面的研究更进一步，并向优质高效、多品种、系列化发展，在提高质量、发展品种方面又取得了一定的成绩。至今在全国400多机立窑厂家使用实践表明，可降热耗15—20%，且改善操作工况，为高产优质创造良好的条件。
第一章：立窑窑衬的作用及机理
一. 窑衬的作用
1.保护筒体
立窑是一个高温煅烧设备，料球在烧成带的煅烧温度达到1450℃，然而立窑筒体只是一个用一厘米厚的钢板卷制成的外壳，必须要求具有一定强度和密封性能的窑衬材料来保护它，共同承担来自窑内物料和气体的高温、高压、腐蚀、磨损作用，以完成物料在窑内的一系列物理化学变化过程。
2.减少热损失
每生产一吨熟料，需要消耗发热量为5500×4.18KJ/kg的实物煤146～200公斤，这其中真正用于熟料煅烧的用煤约80公斤，即：理论热耗仅占51%；另外，蒸发料球水分的热耗占15.8%、熟料带走6.5%、烟气带走5.2%，其余22.55%为包括“窑壁散热”在内的各种热损失。因此，窑衬材料的隔热保温对于立窑煅烧节能十分重要。
3.稳定热工制度
在立窑内，物料主要依靠自重作垂直向下运动，相互之间交叉换位较少，造成料球受热不均；加上窑体结构带来的先天不足，如：“边风过剩、中心通风不良”及窑壁散热损失等原因，使中部需要热量少、边部需要热量多，在立窑的同一断面上，煅烧所需要的热量是不一样的，一般情况下，边部比中部多需要（300～500）×4.18KJ/kg，这给生产工艺及煅烧操作带来难度。从传热角度考虑，优化窑衬材料、强化隔热保温效果、减少窑壁散热损失，是均衡立窑断面热力强度、稳定热工制度的最佳选择。
4．改善立窑煅烧状态
窑体内壁的形状由窑衬材料砌筑所决定，它直接影响着窑内风、料、煤的动态三平衡。上部预烧带的喇叭口角度、下部冷却带的倒喇叭口和倒阶梯形式，对控制立窑煅烧过程中的加料速度、上火速度、卸料速度三平衡至关重要。它不仅引导边风向窑中心移动、强化中心通风，而且在冷却带逐步扩大物料之间的空隙率，减小通风阻力、预热底风、改善熟料质量；近年来研制的新型节能窑衬材料，配套合理、热阻增大，还可以适当减薄立窑衬里厚度，在窑体规格不变的情况下，扩大窑内有效容积，提高单机生产能力及熟料台时产量。
二. 立窑对窑衬材料的要求
常用的窑衬材料实际上是由三部分组成：耐火材料、隔热保温材料和胶结材料。
1.耐火材料
①抗高温热力损失：耐火度不低于1580℃的无机非金属材料及制品称之为耐火材料。在窑内高温作用下，不软化、不溶化；在正常或不正常的情况下，都能保持一定的结构强度和体积密度的稳定性。这种耐火材料砌筑的窑体衬里，才能维持正常的操作和生产。
②抗酸碱化学侵蚀：物料在窑内的煅烧过程，要经过一系列各种复杂的物理化学反应，不同部位产生的酸性气体或碱性熔渣都会侵蚀窑衬。尤其是烧成带，反应物料在高温下出现液相，对耐火材料的化学侵蚀作用更为强烈。因此要求材料不能参与化学反应，不出现粘料现象。
③抗物料运动磨损：立窑煅烧过程中，物料从由上到下、从低温到高温、再到低温不停地运动。窑体内壁的衬里始终经受着物料的运动磨损，尤其是煅烧后形成的熟料磨琢性较强，对衬里的磨损更为严重。因此，砌筑在窑体内壁的耐火材料必须具备较强的抗磨能力。
④规范的外形尺寸：耐火材料的砌筑质量对立窑煅烧过程有着重要影响。立窑内壁不圆，煅烧时容易引起“偏火”现象；砖面不平、接触不紧密，在窑内底火位置不稳定时，由于热震现象会发生衬里松动，降低使用寿命和窑体热损失增加等等。因此，耐火砖的形状和外形尺寸一定要规范和准确，这是保证砌筑质量最基本的条件。
GC-75高强耐磨砖 100mm
本产品采用多种规格的高铝熟料，并加入复合铝系超微粉和纳米级的硅微粉，使成品砖中氧化铝的含量达到75%以上，进一步提高了产品的抗侵蚀能力，延长了耐磨砖的使用寿命，使用时间达到一年以上，最高可达两年。
性 能
performance
SA
化 学 成 份chemical composition
Al2O3, %
≥75
Fe2O3, %
≤3.2
CaO, %
≤0.6
耐压强度 MPa cold crushing strength
≥70
体积密度 g/cm3
bulk density
≥2.6
0.2MPa荷重软化开始温度 不低于 ℃
0.2MPa soften temperature under load ≥℃
≥1350
耐火度 ℃
refractoriness ℃
≥1780
2.隔热保温材料
①导热系数小：传递热量能力大小的物理量称之为导热系数。金属导热系数大于非金属、液体导热系数大于气体；数值越大，传热能力越强，反过来说：隔热能力越差。在固体材料中，一般把导热系数最小的（≤0.22W/m·℃）非金属材料称之为隔热材料。这些材料气孔多、分布均匀、容积密度小，隔热保温性能好。
②热稳定性好：隔热材料的使用温度低于耐火材料，一般在1100℃以下。在使用温度范围内，要求长期工作不变质、不损坏、不腐蚀立窑筒体；材料中可燃物、有机物、含水量极少。
③具有一定的强度和可塑性：隔热保温层一般设置在耐火砖与筒体之间，需要满足施工要求，并能承受一定的外力作用；除隔热保温制品之外，在其余空间还要用不定型的浇注料，来胶结成一个保温的整体。
（1）GC-FB复合砖 120mm
本产品无毒、无害、无污染、无刺激、防水、不可燃。容量轻，导热系数小，保温绝热性能良好，物理性能稳定，不老化，施工快捷，可随意弯曲裁剪。也是大型机立窑的必需材料。
理化名称
physical &chemical name
单位
unit
指标和数值
index & date
Al2O3+SiO2 ≥
%
96
Al2O3 ≥
%
50
Fe2O3 ≤
%
1.2
K2O+Ma2O ≤
%
0.5
工作温度 ≥
service temperature
℃
1000—1200
渣球含量(>0.25mm) ≤
slag content (>0.25mm) ≤
%
5
线收缩1150℃×6h ≤
linear shrinkage 1150℃×6h ≤
%
4
含水量 ≤
water content ≤
%
0.5
容量
volume density
Kg/m3
100—150
（2）GC-QZ多孔保温砖 180mm
本产品是采用轻质骨料和耐火粉料混合制作，具有多孔结构的保温砖，导热系数降低到小于等于0.4 W/（m.k），筒体高温带外部的温度小于等于45℃，保温性能更好，热能损失更少，节省了能源。因而达到整体密实的保温效果。
理化名称
physical & chemical name
单位
unit
指标和数值
index and date
常温耐压强度 >
cold crushing strength >
MPa
3
重烧线变化 不小于2%的试验温度
test temperature of linear change on reheating, ≥2%
℃
1350
导热系数
coefficient of thermal conductivity
w/(m·k)
0.50
建议使用温度
suggested service temperature
℃
1200
体积密度 <
bulk density <
㎏/m3
1000
（3）GC-135高强高温浇注料 220mm
本产品常温、中温强度高，具有很高的抗高温气流冲刷及耐磨损性能，热震稳定性好，高温体积微膨胀，有效保证窑炉衬底的气密性。
理化名称
physical & chemical name
单位
unit
指标和数值
index & date
耐压强度
crushing strength
常温
room temperature
MPa
26.5
110℃
MPa
28.8
1000℃
MPa
22.4
线收缩1000℃×2h
linear shrikage
%
±0.3
导热系数
coefficient of thermal conductivity
W/(m·k)
0.42
耐火度
refractoriness
℃
1200
建议使用温度
suggested sercive temperature
℃
1000
体积密度
bulk density
㎏/m3
2300
（4）GC-QZ陶粒隔热砖 300mm
本产品由轻质粘土陶粒，经高温烧制而成，具有轻质、隔热、隔音、高强、导热系数低、耐火、耐腐蚀、耐磨和抗震性好的特点。
理化名称
physical & chemical name
单位
unit
指标和数值
index and date
耐压强度
crushing strength
常温
room temperature
MPa
19
110℃
MPa
21.5
1000℃
MPa
16
线收缩1000℃×2h
linear shrinkage
%
±0.5
导热系数
coefficient of thermal conductivity
W/(m·k)
0.42
耐火度
refractoriness
℃
1000
建议使用温度
suggested temperature
℃
900
体积密度
bulk density
㎏/m3
1000
3.胶结材料
在砌筑耐火砖和保温砖的时候，需要化学成分与物理性能与砖接近的结合剂，来填充砖缝、使衬里形成一个严密的整体，这就是胶结材料。俗称：耐火泥（或称火泥）。它是由粉状耐火物料和结合剂组成的一种不定形耐火材料。按火泥的材质可分为粘土质，高铝质，硅质和镁质火泥，其粒度根据使用要求常控制在1毫米以下。选用时，除注意必须与所砌材料性质一致（或相当）之外，还要求它必须具备粘结力强、施工性能好、耐酸碱腐蚀、耐冲刷磨损和必要的耐火度；同时，不能因干燥和烧成引起的膨胀或收缩而造成砖缝开裂。
MF－170涂料（抹面料）
理 化 名 称
physical & chemical name
单 位
unit
指 标 及 数 值
Index and date
适用温度
Suggested temperature
℃
-40—800
浆体密度
Slurry density
g/m3
600—700
容重
volume density
kg/m3
180—220
导热系数
Coefficient of thermal conductivity
w/(m·k)
＜0.052
体积收缩率
volumetric shrinkage
%
＜15
抗压强度
Compressive strength
MPa
＞100
粘结强度
adhesive strength
MPa
＞25
产品特点
Product specification
1、 产品无毒、无害、无污染、无刺激、防水、不可燃。
1, nonpoisonous, harmless, non-pollution, waterproof, nonflammable.
2、粘结度高、收缩率小、用料省、不开裂、无施工缝隙、整体性好、中高温隔热效果优越。
2、high adhesive strength, little shrinkage, material saving, non-construction crack, good integral performance, superior heat insulating effect.
第二章：立窑衬里节能技术的优化进程—新型窑衬材料的发展
立窑衬里材料的配套选用和砌筑质量，直接影响到立窑煅烧的产、质量，以及能耗和安全生产，这一点早已被人们所共识。上个世纪，立窑一直是我国水泥生产的主体，从70年代起，国家曾经投入一定数量的人力、物力和资金，进行了一系列的科学研究和工业试验。提出了一些办法和措施，并在生产中也曾经取得过一定的效果，但应用周期不长。主要原因之一是：“生产工艺变化较多、材料质量改进不足”。
九十年代后期，国、内外材料科学研究水平的提高，尤其是冶金行业的技术进步，促进了耐火材料行业的高速发展。许多新型耐火材料、隔热保温材料相继出现，其品质指标、使用性能，都上升到一个新的台阶。它带动了水泥行业的窑衬材料应用技术研究，相关部门也自动地由单一的熟料煅烧工艺研究，转变为衬里材料的品质、性能、配套、优化研究。
磷酸盐结合高铝质耐火砖简称为：磷酸盐砖。目前被公认为是水泥窑炉优质耐火、耐磨衬里之一。磷酸盐砖近于中性砖，无论是在氧化气氛、还是还原气氛，都不会影响使用强度。在1500℃以下，磷酸盐砖的化学稳定性非常好、在高温下，热稳定性也非常好，具有良好的抗冲击、抗磨损能力；实践证明，作为立窑高温带衬里，比高铝砖使用寿命长1～2倍。一般情况下，用于立窑喇叭口的磷酸盐砖寿命为1.5～2年、用于烧成带的寿命为3～4年。
磷酸盐砖以高铝矾土熟料为骨料和细粉，其吸水率为3.4%，体积密度3.12g/cm3；根据制品的使用条件，适当加入石墨粉、工业硅等，以磷酸或磷酸铝为结合剂，采用半干法成型，在400～600℃热处理，化学结合成为高铝质耐火制品。该耐火制品按结合剂不同分为：
（1）磷酸盐结合高铝质砖（简称：磷酸盐砖）。代号P，锁缝砖代号PC。结合剂为磷酸溶液、浓度42.5%～50%；
（2）磷酸铝结合高铝质耐磨砖（简称：耐磨砖）。代号PA。结合剂为工业氢氧化铝、工业磷酸配成的磷酸铝溶液。耐磨砖的耐磨性优于磷酸盐砖，因此在有条件的情况下，立窑衬里应优选耐磨砖。
用于立窑衬里的保温材料，除了要求导热系数小（热阻大）之外，还要看其使用温度能否达到900℃以上，否则保温层非常容易粉化，失去应有的强度和隔热性能。选择导热系数低于0.05w/m℃的硅酸钙隔热板与硅酸铝板、空心球浇注料等配套的保温层，能够使保温层整体化、延长服务年限，同时，厚度最薄、隔热效果最好。基本达到窑内中、边部物料温度差不大于50℃、烧成带窑体外壁温度低于45℃。最简单、最直观的感觉就是在现场去触摸窑体烧成带外壁，不感觉烫手。这样的工作状态，就给立窑煅烧热工制度稳定、实现优质、节能、高产，创造了有利条件。
第三章、新型窑衬材料的技术经济分析
河南省新郑市古城冶金炉料厂，多年来与科研院校合作，为耐火、保温材料的研制、开发，进行了大量工作。尤其是对水泥立窑节能衬里的材质优化、应用配套，为用户之急所急、为用户之想所想，取得了显著效果，赢得了赞誉。厂内提出“快乐来自为人着想、成功在于以诚相待”的服务宗旨，2004年获得“全国建材行业诚信、维权标兵企业”、“全国耐火材料行业领军企业放心品牌”的光荣称号。
在立窑煅烧过程中，影响产、质量及能耗的因素很多，一般可归纳为三大类：工艺因素、机械因素和操作因素。工艺因素如：配料方案、生料合格率、易烧性、煤质与配热、成球质量等；机械因素包括：窑体结构、加料装置、卸料篦子、通风除尘等；操作因素是指：煅烧方法、热工制度、控制手段、岗位工技术水平等等。一个生产多年的立窑水泥厂，在这诸多的影响因素中，采用“立窑节能衬里配套技术”，见效最快、受益最明显。因为仅“减少热损失和保温层减薄”这两点带来的经济效益，就十分可观。
中国水泥协会立窑研究会提出“现代立窑八个基本条件”后，各地立窑企业纷纷采用二十项适用技术，进行节能挖潜技术改造。河南省新郑市古城冶金炉料厂参与的就有许多家，他们原来的熟料热耗都在（1000～1100）×4.18 KJ/kg左右,改造后都达到900×4.18 KJ/kg以下，窑体外壁温度也能触摸不烫手。根据国内建材研究院校热工检测部门，对立窑热工标定的统计数据表明，立窑烧成带窑壁温度降低1℃，窑内熟料热耗可降低10～15KJ/kg。这些厂普遍都降低30℃以上，窑内熟料热耗一般降低（100～200）×4.18KJ/kg，相当于每生产一吨熟料可节省实物煤（发热量为5500×4.18KJ/kg）18～36公斤。一台年产十万吨熟料的立窑,每年就可以节煤1800～3600吨,折合当前的国内平均价格（400元/吨煤）节支人民币72～144万元。
采用新型耐火、隔热保温材料配套的窑体衬里，尽管材料价格有所增加，但整体用量减少，因此与传统材料相比，窑衬总投资基本持平。由于窑衬的厚度减薄，断面直径增加0.15～0.2米,窑内煅烧容积增大，熟料台时产量一般可提高1～2吨，每年、每台立窑熟料增产0.8～1.6万吨，折合人民币增收100～200万元。
其它效益，如：改善通风质量后，风机阻力减小的节电效益；断面热力强度改善，提高熟料质量的效益；延长窑衬材料使用寿命，降低维修费用的效益等等，在此就不一一列举。该新型节能窑衬已列入《立窑水泥企业技术进步指南》中的二十项适用技术，科学性、先进性、实用性和可操作性，已被上百家立窑企业所证实和共享，必将为立窑企业在竞争中求生存、求效益，开劈一条新的途径。
第四章、环保节能的新型机械化立窑
老式水泥立窑在我国经济快速发展时期是做出重大贡献的，但随着现代化大型，新型干法回转窑的快速发展立窑水泥退出数量上的主体地位，已成为我国水泥工业发展的历史必然。但作为中小水泥企业主体的立窑企业，在相当长的一段时期内，依然是我国水泥工业的重要组成部分，特别是经济相对落后的中西部地区更是不可忽视的。这些相对规模较小的水泥企业的合理布局，能缩短水泥运输距离，并且能充分利用中、小型石灰石矿山资源，这些都能起到较好的作用。所以不加区别的一律全世界人民部淘汰的做法是不可取的，但如果不加改造，落后的立窑企业也缺乏竞争能力，也将被淘汰出局，唯一方法是加快技术改造到节能环保效果的现代化新型机械化立窑。
表 国内不同型先进技术经济指标对比
窑 型
熟料质量
MPa
熟料热耗
Kcal/k（X4.18KJ）
水泥综合电耗kWh/t
全员劳动产率
（t/人·a）
熟料吨投资
（元/吨）
新型干法 700t/d
53～60
900
120
700以上
280～350
1000t/d
53～60
850
110
1000以上
300～330
2000t/d
53～60
760
100
2000以上
230～260
4000t/d
53～60
740
95
4000以上
260～280
湿法
53～60
1400
100
600左右
湿磨干烧
53～60
900
110
1000以上
100～150
（改造）
现代立窑窑 1000t/d
53～60
850
70
1000以上
100～120
JT型立窑1000t/d
55～60
800
60
2000以上
100左右
二十世纪九十年代后期，由于环保、节能的要求国内外对材料学的研究加大了力度，各种新型优质的耐火材料、保温、隔热材料相继出现。其品质指标与使用性能都上升到了一个崭新的高度，圣奥耐火材料有限公司一直致力于开发新型优质的节能型立窑衬里，经过多年的研究、开发、推广使用，形成了相当规模的市场，在全国水泥立窑生产企业用户已突破了3000家，并参与了多家企业的节能挖潜技术改造，取得了非常好的效果。
机立窑节能型衬里是一种高效、新型的水泥立窑窑衬，采用该窑衬一般要依据水泥立窑的设备和工艺条件进行砖型设计和热能设计，并涉及窑衬配套施工方法、水泥生料成分及其配料量的控制等多项技术。
该技术的综合效果显著、投资少、见效快、实用性强，已成功地应用于多项机立窑综合节能改造工程，经几百台各种规格的立窑采用，均取得良好效果。根据各应用厂的使用报告的综合反映和热工测试报告，可心充分肯定节能型窑衬具有以下功能：
①降低熟料热耗，节能显著；
②降低窑体表面温度；
③增加立窑台时产量；
④提高熟料质量。
⑤结构稳定可靠，保温效果持久，使用寿命长。
为了提高熟料台时产量而扩径。窑径的扩大通常是通过减薄耐火砖的厚度来达到的。为了保证扩径后立窑的表面温度及表面散热损失不致提高，则更有必要采用节能型配套耐火材料，使窑体表面温度及散热损失大大降低，窑内边壁温度提高，断面温度场梯度趋于平衡，进而改善煅烧情况。
军事机械界里有一条来复线原理，在现代枪炮膛内刻上了一条螺旋形纹路，就是来复线，子弹沿着这条来复线的轨迹高速旋转飞出枪膛，这就是现代枪支先进的设计理念。我们利用来复线原理将现代立窑节能型耐火材料衬里有意识地砌筑成类似的结构，可以使窑面的通风均匀和均衡，中风得到了加强与改善，从而大大降低废气中一氧化碳量，避免过高的化学不完全燃烧损失。大大降低热耗，提高产量。
本厂参与多家企业节能挖潜技术改造直径2.5～3.8m立窑；实现立窑中边部截面温度≤50℃，筒体高温带外部温度≤45℃，熟料台时产量增加10～15%（3.8立窑产量≥25 t/h），28天抗压强度≥56MPa，热耗≤850kcal/kg。
第二部
河南省新郑市古城冶金炉料厂开发水泥回转窑用新型耐火材料
第一章 回转窑烧成带用砖的开发
我们针对大型回转窑烧成带和过渡带温度高，熟料出窑温度可达1400℃，这就要求耐火材料具备良好的耐高温性能和抗热震性能；大型回转窑直径大、转速高，是传统窑炉转速的3-4倍，为适应窑衬极大的热应力和机械应力，要求耐火材料具有足够的强度和稳定性；碱性和其他化学物质，包括R2O、Cr、SO2，随着窑温的升高会形成液相侵入砖体内部，形成变质层，使砖体结构变脆，失去韧性，导致剥落；因此要求耐火砖必须具备低气孔率和高纯化；为提高窑炉使用寿命，要求碱性砖在化学成分配比上要满足挂窑皮的性能，开发了一种具有自主知识产权的新产品古城牌特种低铬尖晶石砖，在这里我们引入了一种“活性尖晶石”的概念，由于Fe2+离子扩散到基质中的过程，使得在铁铝晶体石颗粒中有过剩的氧化铝。而且。Mg2+离子也部分扩散到铁铝晶石颗粒中。扩散进来的镁离子和来自铁铝晶石中过剩的氧化铝反应，形成直接结合的尖晶石。这种反应产生了额外的体积膨胀，所以产生了额外的弹性。由于连续的铁离子和镁离子的扩散，这种活性尖晶石的弹性效果在整个过程中（活性尖晶石）会一直保持着。这种砖特点是：一是利用了尖晶石优良的高温性能，通过人工合成原料，高压成型，高温烧结，产品具有强度高、高温性能好的特点，成功解决了耐火材料强度和热震性能之间的矛盾。二是尖晶石含量高，气孔率低，抗水泥熟料和碱性侵蚀能力强。三是产品的高温韧性好，可避免因温度变化而出现的脆性炸裂。四是产品中含铬量很低（Cr2O3<5%）,是一种相对环保的产品。五是该产品生产采用国际控制标准，外型尺寸误差小，可满足大型窑炉的砌筑要求。
第二章 耐火浇注料的应用现状与发展
在我国，耐火浇注料在水泥窑上的应用，已经有很长时间的历史，但是许多水泥企业仍然寻找不到合适的耐火浇注料。耐火浇注料的质量及相关服务仍然是困扰水泥企业的难题之一，而与此同时，许多水泥生产企业对耐火浇注料仍然缺乏足够的了解。困而认真地分析、解决存在的问题，毫无疑问需要耐火浇注料生产企业与水泥生产企业共同的努力。作为耐火浇注料研究与生产服务企业，自我完善、自我发展是我们应对竞争的惟一手段，同时，我们愿意与业内及相关领域内的有识之士共同探讨这些问题，期待能够达成共识，使耐火浇注料在新型干法水泥上的应用不断完善、发展。当前影响耐火浇注料在水泥窑上应用的主要问题有以下几个
1耐火浇注料种类繁多、市场混乱
随着国内新型干法水泥的迅猛发展，耐火浇注料生产企业日益增多。近几年，国外的供应商也开始进入国内市场，竞争日益激烈。激烈的竞争一方面促进了一些供应商不断地提高产品质量与服务质量，另一方面也出现了不正当竞争、低价竞争等不良现象，尤其出现了让许多供应商和用户十分头疼的市场混乱情况。水泥生产企业在采购耐火浇注料时，由于不同供应商的产品名称、牌号、材质、价格及寿命有着极大的差异，往往很难做出正确的选择。
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浅谈土建结构工程的耐久性1我国土建结构工程的耐久性现状
土建结构的耐久性是当前困扰土建基础
设施等工程的世界性问题，但是至今尚未引起
我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足
够重视。我国土建结构的设计与施工规范，重点
放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环
境因素作用下的耐久性要求相对考虑的不够。
在传统观念里，混凝土一直以来都是经久耐用
的人工石材，实际情况却是混凝土结构往往因
钢筋锈蚀或混凝土被侵蚀而导致了众多结构安
全事件，其严重程度已经远远超出我们的想象，
所以关于土建结构工程的耐久性必须引起重
视。
我国建设主管部门于曾经做过一项相关
调查，从调查的结果来看，国内大多数工业建筑
物在使用25~30年后就需要大修，处于严酷环
境下的建筑物使用寿命仅仅是15~20年。相对
于民用建筑和公共建筑的使用寿命则相对长一
些，一般保持在50年左右。但是室外的阳台、雨
罩等暴露在外的构件使用年限一般是30~40年
左右[1]。耐久性问题已经严峻的摆在我们的面
前，大家必须正视这个问题，尽快的解决混凝土
结构的耐久性问题，如果等到问题完全裸露出
来，那么我们付出的将是惨痛而高昂的代价。
土建结构工程使用阶段的常规检测与维
护
土建结构工程的耐久性与工程的使用寿
命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能
力，这一正常功能还包括结构的安全性与适用
性，并且较多地体现在适用性上。为了保证结构
的安全性和耐久性，土建工程在建成后的使用
过程中，应该进行定期检测和维护。许多国家对
由于结构的损坏可能导致公众安全的建筑物、
桥梁和隧道等公共工程，强制规定必须定期检
测，即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建
筑部件，因其坠落易伤及公众，也有强制定期检
测的要求。然而，我国虽有结构工程的设计规范
与施工规范，却没有各类结构工程的使用规范。
现在施工管理水平和施工操作人员的素质参差
不齐，质量控制与质量保证制度不够健全，规范
对结构安全与耐久性的设置标准也相对较低，
完工的工程中存在较多隐患，因此更有必要从
法律和法规上来制定对土建工程的正常使用和
定期检测的要求。我国土建结构工程的常规检
测与维护的状况确实不容乐观，仍未吸取国际
和国内的大量经验教训。国家做出了设计、施
工、监理等单位和个人对工程终身负责的规定，
但执行起来又缺乏可操作性，要保证最低限度
的发生质量安全事故，应该通过定期检测发现
问题，及时维护结构工程，以预防手段为主。
3土建结构耐久性问题的形成原因
3.1工程设计施工技术人员在耐久性上缺
乏新依据。这是当前在建的众多工程在耐久性
方面重蹈覆辙的重要原因。较为严重的是，现行
规范中的一些条文自身就对耐久性有害。为了
提高混凝土耐久性，在混凝土中合理添加粉煤
灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段，国外
一些规范甚至明文规定在桥梁等混凝土结构中
必须加入粉煤灰等掺合料[2]，而我国的铁路混
凝土桥隧道施工规范仍在禁止使用。
3.2部分施工单位刻意追求施工进度。混
凝土的耐久性质量需要足够的施工养护期加以
保证，刻意地追求进度有损与工程的使用寿命。
我国媒体以前宣传的所谓几个月就修成一条大
路，建成一座大桥，或政府行政部门领导对工程
进度不适当干预的抢工献礼工程，很可能就是
以后浪费更多资金进行大修加固的短命工程。
3.3水泥工业对水泥强度的传统观念。在
水泥工业界，对于混凝土的质检习惯常以单一
的强度指标作为衡量标准，对水泥强度的不适
当追求使水泥细度增加，早强的矿物成分比例
提高，这样就很不利于混凝土的耐久性。
3.4环保力度不足导致的环境持续恶化，
如废气、酸雨（我国的酸雨面积已超过国土的
30%[3）]，也是导致混凝土不耐久的重要原因。我
国土建结构的设计与施工规范，重点放在各种
荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作
用（如干湿、冻融等大气侵蚀及工程周围水土中
有害化学介质侵蚀）下的耐久性要求则相对考
虑较少。
另外，工程技术业界还存在一些长期形成
的看法，对改善混凝土的耐久性能也造成一定
影响。例如，顾虑会降低混凝土强度而不去使用
引气剂，而引气应该作为改善混凝土耐久性能
和工作性能的有效手段；再者，通过增加水泥用
量来保证混凝土强度，而尽可能低的水泥用量
本就是提高混凝土抗裂性能和耐久性能的有效
方法。
4改善土建结构耐久性的有效途径
目前急切需要解决是尽快编制土建结构
工程耐久性设计的技术规范条文，修订现有规
范中对结构耐久性的要求。首先需要确定的是
各类土建结构工程的设计工作寿命，在重点工
程的设计文件中应该有使用寿命的要求及论
证。
可以根据国内外已有的资料和经验，加快
编写出相应的设计、施工技术文件以应急需，另
外，要安排系统的研究项目，加大耐久性研究工
作的支持力度；混凝土结构的耐久性是当前国
际上结构工程学科最为重要的前沿研究领域之
一，我国在这一领域相对落后。混凝土的耐久性
研究离不开原材料和环境等特定条件，但应首
先考虑我国自身的特点，再参照国外先进有效
的经验进行研究。
加强政府部门的管理。建议国家住房与城
乡建设部、交通运输部等主管土建工程设计标
准的部门，对工程的耐久性要求作重点审查，明
确土建工程的设计应有最低使用寿命的要求，
重点工程的设计文件中应有正常使用寿命和耐
久性设计的说明章节及论证。
以上对土建结构工程耐久性的现状、形成
原因及改善措施之间的关系进行了理论和实践
上的初步探讨，虽然业界对于耐久性的现状、原
因等有不同的看法和理解，但对于具体的预防
和改善措施意见还是比较一致，同时在实践中
的应用效果也较好，具体施工中要靠我们多观
察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多
种预防处理措施，耐久性完全可以得到改善与
提高。
参考文献
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摘要：土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命，是使用期内结构保持正常功能的基础，正常功能包括结构的安全性和适用性，而且较多地
体现在适用性上。分析了土建结构工程使用阶段的常规检测与维护以及改善土建结构耐久性等问题。
关键词：土建结构工程；耐久性；安全性
土建结构工程的安全性与耐久性
一、土建结构工程的安全性
结构安全性是结构防止破坏倒塌的能力，是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准，也与结构的正确使用（维护、检测）有关，而这些又与土建工程法规和技术标准（规范、规程、条例等）的合理设置及运用相关联。
1．我国结构设计规范的安全设置水准
对结构工程的设计来说，结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性与结构的耐久性等几个方面。我国建筑物和桥梁等土建结构的设计规范在这些方面的安全设置水准，总体上要比国外同类规范低得多。
1.1构件承载能力的安全设置水准
与结构构件安全水准关系最大的二个因素是：1）规范规定结构需要承受多大的荷载（荷载标准值），比如同样是办公楼，我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是每平方米150公斤(现已确定在新的规范里将改回到200公斤)，而美、英则为240和250公斤；2) 规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小，前者是计算确定荷载对结构构件的作用时，将荷载标准值加以放大的一个系数，后者是计算确定结构构件固有的承载能力时，将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这些用量值表示的系数体现了结构构件在给定标准荷载作用下的安全度，在安全系数设计方法(如我国的公路桥涵结构设计规范)中称为安全系数，体现了安全储备的需要；而在可靠度设计方法(如我国的建筑结构设计规范)中称为分项系数，体现了一定的名义失效概率或可靠指标。安全系数或分项系数越大，表明安全度越高。我国建筑结构设计规范规定活荷载与恒载（如结构自重）的分项系数分别为1.4和1.2，而美国则分别为1.7和1.4，英国1.6和 1.4 ；这样根据我国规范设计办公楼时，所依据的楼层设计荷载（荷载标准值与荷载分项系数的乘积）值大约只有英美的52%（考虑人员和设施等活载）和85%（对结构自重等恒载。一些发展中国家的结构设计多根据发达国家的规范，就如我国解放前和建国初期的结构设计方法参照美国规范一样。至于中国的香港和台湾，至今仍分别以英国和参考美国规范为依据。这里需要说明的是，在其他建筑物的活荷载标准值上，与国外的差别并没有象办公楼、公寓、宿舍中这样大。不同材料、不同类型的结构在安全设置水准上与国际间的差距并不相同，比如钢结构的差距可能相对小些。
公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似，除车载标准外，荷载分项安全系数（我国规范对车载取1.4，比国际著名的美国AASHTO规范的1.75约低25%）与材料强度分项安全系数均规定较低。
尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低，但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的，这里的问题主要在于设计墨守陈规，在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。
1.2 结构的整体牢固性
除了结构构件要有足够承载能力外，结构物还要有整体牢固性。结构的整体牢固性是结构出现某处的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力，或者说是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。结构的整体牢固性主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度，用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果，可以减轻灾害损失。唐山地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固性有很大关系。2001年石家庄发生故意破坏的恶性爆炸事件，一栋住宅楼因土炸药爆炸造成的墙体局部破坏，竟导致整栋楼的连续倒塌，也是房屋设计牢固性不足的表现。
1.3 结构的耐久安全性
我国土建结构的设计与施工规范，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用（如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀）下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故，其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害，所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求，如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级，都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一；提高结构构件承载能力的安全设置水准，在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。
2．调整结构安全设置水准的不同见解
我国结构设计规范的安全设置水准较低，与我国建国后长期处于短缺经济和计划体制的历史条件有关。但是，能够对土建结构取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求，而且业已历经了较长时间的考验，这是国内土建科技人员经过巨大努力所取得的重大成就；但是，由于安全储备较低，抵御意外作用的能力相对不足。如果适当提高安全设置水准将有利于减少事故的发生频率和提高工程抗御灾害的能力。国内发生的大量工程安全事故，主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准，主要是基于客观形势的变化，是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础，要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要，有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。国内近几年来已对建筑结构安全度的设置水准组织过几次讨论，在如何调整的问题上存在较大的意见分歧，这次科技论坛上同样反映了这些不同的见解：
1）认为我国现行规范的安全设置水准是足够的，并已为长期实践所证明，而国外就没有这种经验。我国取得的这一成功经验决不能轻易丢掉，在安全度上不能跟着英美的高标准走；安全度高了是浪费，除个别需调整外，总体上不必变动。
2）认为我国规范的安全度设置水准尽管不高，但在全面遵守标准规范有关规定，即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”条件下，据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至今仍在安全使用，表明这些规范规定的水准仍然适用；但是理想的“三正常”很难做到，同时为了缩小与先进国际标准的差距以及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要，在物质供应条件业已改善的市场经济条件下，结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度，因为我国目前尚属发展中国家。
3）认为我国规范的安全设置水准应该大体与国际水准接近，需要大幅度提高。这是由于随着我国经济发展和生活水平不断提高，土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的风险损失后果将愈益严重，而为了提高工程安全程度所需要的经费投入在整个工程（特别是建筑工程）造价中所占的比重现在已愈来愈低，材料供应也十分充裕。过去的低安全水准只是适应了以往短缺型计划经济年代的需要，但决不是没有风险，如果规范的安全水准较高，曾经发生过的有些安全事故本来是可以避免的，而规范的这一缺陷在一定程度上为“三正常”的提法所掩盖。在建的工程要为将来的现代化社会服务，安全性上一定要有高标准。低的安全质量标准在参与将来的国际竞争中也难以被承认，即使结构设计的安全设置水准能够提高到与发达国家一样，由于我们的施工质量总体较差，结构的安全性依然会有差距。
3、结构设计规范的概率可靠度设计方法
对我国规范的可靠度设计方法持肯定意见的专家认为这是重大的科技进步，可靠度方法对安全度的概率定义要比定值的安全系数更清晰、更科学、更合理，当然概率可靠度设计方法本身尚有不少缺陷，有待进一步修改完善。持相反意见的人则认为，结构设计规范所面向的是类型多样的复杂群体，在安全度上需要考虑的不确定性与不确知性非常复杂，并不是“从统计数学观点出发的概率定义”所能科学描述或处理；规范可靠度方法在我国十多年的实践表明，它并没有给结构设计的安全性带来明显实效，反而造成了安全概念上的某些混乱；对工程技术人员来说，结构的安全度用可靠指标和虚假的失效概率表达后变得更加不可揣摩和模糊不清，不如安全系数那样从安全储备出发的度量方法更为直观和便于处理具体工程的安全问题；现行设计规范中的可靠度方法很不成熟，存在不少根本缺陷；他们认为半概率的多安全系数方法更适用于规范，也不排斥可靠度分析的结果可以作为一种参考，在综合判断安全系数的合理取值时予以考虑。
二、土建结构工程的耐久性
土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。
1、土建结构工程的耐久性现状
大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题，并非我国所特有，但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。
长期以来，人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的时期内就出现劣化；据1998年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题，仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美无，而现在联邦政府每年为此的拨款只有50～60亿美元。另有资料指出，美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施，如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害，钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm，而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40，桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求，对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25，与上面提到的加拿大50年代水准一致。
我国建设部于80年代的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30～40年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用，使用十几年后就出现问题，有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害，东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，不耐地下水与机车废气侵蚀，开裂与渗漏严重；对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占50.4%，其中1/3渗漏严重，并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电，影响正常运行，而1999年颁布的铁路隧道设计规范仍未能对隧道的耐久性问题采取适当的对策，如适当提高混凝土的最低强度等级和在混凝土中掺入化学纤维等。
耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训，还沿着老路重蹈覆辙。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥，仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。甚至大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥，其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3～4cm厚的保护层厚度。
有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性，迎接我们的还会有“大修”20年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。
使混凝土结构的耐久性问题进一步加剧的原因有：
1) 由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求，使水泥细度增加，早强的矿物成份比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值，而国外则同时还要求不高于规定的最高值，如果强度超过了也被认为不合格，这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。
2) 工程施工单位不适当地加快施工进度，尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证，早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。国内媒体上大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥、或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程，很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期的在国外要被罚款，因为意味着工程质量有遭到损害的可能。
3) 环境的不断恶化，如废气、酸雨，我国的酸雨面积已超过国土的30% 。
当前迫切需要进行的工作是尽快编制桥梁、隧道、港工等基础设施工程耐久性设计的技术条例，修订补充现行规范中对结构耐久性的要求。首先需要明确的是各种基础设施工程的设计工作寿命，在重要工程的设计文件中必须有使用寿命的要求和论证。当前在建的众多工程在耐久性上之所以仍然沿着重蹈覆辙的道路走，很重要的一个原因是工程设计施工技术人员在耐久性上没有可资遵循的新依据。更为严重的是现行规范中的有些条文，本身就对耐久性有害。为了提高混凝土耐久性，在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段，国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料，而我国的铁路混凝土桥隧施工规范仍在明文禁止使用。此外，工程技术界还存在长期形成的一些过时的看法，对改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如，顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂，而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段；又如，希望加大水泥用量来保证混凝土强度，而尽可能低的水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途径。
在修订规范的耐久性要求上，交通部于2001年颁布的港工混凝土结构防腐蚀技术规范已为其它土建工程行业起到较好的示范作用。我们一方面要参照国内外已有的资料和经验，尽快编写出相应的设计施工技术文件以应急需，另一方面则要安排系统的研究项目，加大耐久性研究工作的支持力度；混凝土结构的耐久性是当前国际上结构工程学科最为重要的前沿研究领域之一，而我国在这一方面相当落后。混凝土的耐久性研究离不开原材料和环境等特定条件，需要考虑本国的特点，是不能完全依赖国外研究成果的。
重视混凝土结构的耐久性也是可持续发展的需要。生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河床，水泥生产排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5～1/6，而我国排放的二氧化碳量已居世界第二。我国现在每年生产5亿多吨水泥，与之相伴的是年耗20多亿方的砂石，长此以往实难以为继。延长结构使用寿命意味着节约材料，而耐久的混凝土一般又应是水泥用量较低和矿物掺合料(工业废料)用量较高的混凝土，所以耐久的混凝土正适应环境保护的需要。国际上对桥梁、隧道等土木工程的设计工作寿命多为100年，有的如英国为120年。考虑到耐久性不足所造成的巨大经济损失和资源浪费，国际上近年来有要求将这些工程的最低工作寿命进一步延长的趋势，如提出城市环境中的桥梁至少应有150年。
2．土建结构工程使用阶段的正常检测与维护
结构耐久性和使用寿命的概念，与使用阶段的检测、维护和修理不能分割，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。为了保证结构安全性和耐久性，一些工程在建成后的使用过程中，应该进行定期检测和维护。我国有结构工程的设计规范与施工规范，但没有如何使用的规范。有些工程倒塌事故，例如最近四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故，就是因为桥面结构与主拱之间的吊杆在连接处发生锈蚀，如果有定期的检测要求，这样的事故很有可能避免。有些国家对于结构的损坏可能导致公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程，强制规定必须定期检测；即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建筑部件，因其坠落后容易伤及公众，也有强制定期检测的要求。我国由于施工管理水平和事故操作人员的素质相对较差，质量控制与质量保证制度不够健全，规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低，已建的工程中往往存在较多隐患，所以更有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量，虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定，但是这种要求执行起来缺乏可操作性。要将结构安全质量事故减少到最低程度，还应以预防为主，通过例行检测及时发现问题。
从国家对公共工程建设的投资和对工程设计的要求来看，需要有工程整个使用期限即全寿命费用支出的论证。只注意工程项目建设的一次投资支出，很少考虑工程建成后需要正常维护与修理的长期费用，不但可能损害工程使用寿命和正常使用功能，而且经济上算总账会很不合算。在发达国家，由于新建工程少，用于维修的费用往往更为主要，英国1978年的土建维修费上升到1965年的3.7倍，1980年的维修费占当年土建费用总支出的2/3。我国虽是发展中国家，现在正大兴土木，可是过去建成的大量工程已经或过早老化。国内40％公路桥梁的桥龄已大于25年，加上进入90年代以后交通量猛增，超载严重，以往的设计标准又低，路、桥的维修问题十分突出。由于养护维修费用得不到保证，造成工程安全隐患并在以后需要支出更多的大修费用。在土建工程的投资上，希望有关部门能加大已建工程维修的费用。
为加速路桥等公共工程建设，国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如30年的经营收入作为补偿。如果对重要土建工程有必须进行定期检测与评估的法规，就能保证这些工程在一定期限后归还国家管理和经营时的良好功能，对于设计工作寿命为100年的桥梁，至少还可正常使用70年，而不至于30年到期后国家接收的已是一个破旧的工程。
三、技术规范的作用与管理
这次科技论坛对于土建结构工程技术规范的定位、作用与管理也进行了讨论并提出了一些看法。
长期以来，受计划经济体制的影响，我们往往视技术规范为法，将规范的具体规定和要求等同于法律条文来对待。技术规范或规程，与各种技术条例、技术要求、工法、指南等技术文件一样都是技术标准，本身不具有法律作用，只当工程各方（业主、设计、施工企业）认同作为设计与施工的依据并在契约的基础上，才能作为法律仲裁的依据。将技术问题法制化并强制执行，不利于技术进步和创造性的发挥，反而容易成为推卸责任的借口。当然，政府部门从国家和公众的整体利益出发，需要在安全、环保等重大原则上对土建工程的设计施工提出必须满足的最低要求并制定相应的法规，但法规一般并不需要提供如何达到这些要求的具体技术途径和方法，后者是技术标准的任务。政府也可以原则认可或批准某些重要的技术规范或其中某些内容使用。
企图不断加强技术规范的强制性来解决屡禁不止的工程事故，不是解决问题的有效途径。现在，有关主管部门将建筑结构设计规范中的部分条文抽出来，明确列为强制性条文，同时规定各个设计单位完成的设计，须通过有关部门或其授权委任的其他企事业设计单位的审查，而审查的主要内容就在于对照规范强制性条文的要求，其任务已类似于执法；这种做法是否明智似可商榷。我国土建工程事故频繁的原因，主要在于管理不善，特别是管理环节上的腐败；其次是施工操作人员素质低，又难以短期解决；过分强调规范的地位与作用，未能建立与规范配套的完整标准体系，比如缺乏指南、工法等更为详尽具体的技术文件，可以用来指导和规范设计与施工的各个具体环节，也有一定的关系。从设计角度看，出现事故主要不是由于没有按照规范强制性条文的规定，而是方案性的错误或忽略主要的设计条件；也有一些工程则因过去的设计标准过低，耐久性不足，在使用过程中又缺乏应有的例行检测而导致失效。其实，要做到设计规范强制条文的要求最为容易，为此请专业人士审查似无必要。重要的工程设计应规定请专业单位全面审核，其要点也应在结构方案、构造方法与计算分析的原则上。从结构设计的国家规范中抽出的强制性条文不免支离破碎，个别条文的规定也不一定适合某些地区和某些工程的具体特点，反而造成麻烦。
我国幅员广阔，各地经济发展很不平衡，技术力量悬殊，环境条件各异，客观上要求规范能给设计人员更多灵活性，少一些强制性，这样才能更好地在规范的指导下，根据工程的特点和具体条件去解决问题。总之，在规范标准上，要摆脱计划经济年代遗留下来的过分强求统一、较少考虑个性和缺乏实事求是灵活性的倾向。要提倡和鼓励各省市编制地方性规范，在工程的安全性和耐久性标准上，可有不同的设置水准。比如上海、北京、广州这些大城市应该高些，在抗震防灾要求上，更应区别对待。 全国性的规范订得愈详细，其适用性可能变得愈差，造成的混乱也可能愈多；特别象岩土工程那样的规范更是如此。
发达国家有关土建结构工程的规范及与之配套的各类技术标准多由行业协会或专业学会编制及管理，规范的翻新周期短，不象我们要长达10年以上。我国的学会与协会重复设置，分工不明，并且至今还依附于某一政府部门，基本上只起到政府职能部门非官方代言人的作用，距离独立和富有活力的健全机构还差的很远，如何发挥这些机构在技术标准编写和管理中的作用也是值得探讨的一个问题。建议随着改革的深入，整顿合并有关的学会、协会，加强其职能，并逐渐成为技术标准编制管理的主体。
四、准备提交政府有关部门考虑的建议
为了改善我国土建结构工程的安全性与耐久性，这次论坛中提出了以下建议供政府有关部门考虑，：
1、桥梁、隧道、道路、港口等基础设施工程的混凝土结构耐久性，已是当前亟待采取措施应对的重大问题。否则，一些工程的正常使用功能和安全性将得不到有效保证，我国的现代化建设和国民经济会蒙受巨大损失，并将给生产和公众生活带来长期困扰。
建议国家建设部、交通部、铁道部主管土建工程设计标准的部门，能对工程的耐久性要求作重点审查，明确土建工程的设计应有最低使用寿命的要求，重要工程的设计文件中应有正常使用寿命和耐久性设计的独立章节与论证；
建议国家自然科学基金委员会能在今后一段时期内对混凝土工程耐久性的基础理论研究给予重点支持；
建议国家安全生产监督管理局为在近期内编订有关法规标准给以立项资助；
建议中国工程院土木水利建筑学部在其咨询研究项目中，联络国内有关专家，促进土建结构耐久性设计指导性技术条例的编制。
2、土建工程使用过程中的安全性，应有定期的检测和正常的维护修理加以保证。对于重要土建工程，我国尚无必须进行安全检测的法规。在基础设施工程的投资上有重新建、轻维修的倾向，不利于工程寿命和投资效益。
建议对桥、隧等重要公共基础设施和公共建筑物，在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此，需要制定法规，编制相应的技术标准；对于土建结构工程的检测与评估，需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。凡属已建工程的安全诊断也可一并归入这一行业。
建议政府有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上，根据需要，加大工程维修费的比例。
3、完善技术标准体系与管理体制，发挥学会、协会在技术标准编制、修订和管理中的作用；逐步淡化技术规范条文的强制性质；鼓励编制地方性规范(标准)和企业标准，适应不同地区在环境地质和经济、技术水平上的差异，并鼓励科技创新和技术进步。
4、合理设置土建结构设计的安全水准，必须考虑工程失效的风险后果、社会的财富与资源供给、乃至公众的意向等多种因素。随着我国经济形势的巨大变化，有必要重新审视现行土建结构工程设计规范的安全设置水准，建议主管部门组织论证。桥梁等交通土建结构的风险后果较大，且由于车流、车载、车速的快速发展，在设计荷载标准值和承载力安全度的设置水准上似乎应比一般的建筑结构有更高的安全贮备。在建筑结构的安全设置水准上，建议进一步收集不同意见，包括商品房消费者的意向。我国不同地区的经济发展水平悬殊，在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要区别对待也值得探讨。 5我国建筑结构设计规范采用可靠度设计方法的经验及问题值得总结。可靠度方法用于不同类型结构的先决条件和难度不一，不必强求一律。建议有关部门在推广可靠度方法于各类设计规范时，广泛征集各种看法，实事求是，稳慎对待，不宜急于求成。
一、 水泥生产原燃料及配料
生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料，有时还要根据燃料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足，还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产。
1、 石灰石原料
石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰石、泥灰岩、白垩和贝壳等。石灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨熟料大约需要1.3吨石灰石，生料中80%以上是石灰石。
2、 黏土质原料
黏土质原料主要提供水泥熟料中的 、 、及少量的 。天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和黏土用得最多。此外，还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。黏土质为细分散的沉积岩，由不同矿物组成，如高岭土、蒙脱石、水云母及其它水化铝硅酸盐。
3、 校正原料
当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时（有的 含量不足，有的 和 含量不足）必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料
（1） 硅质校正原料 含 80%以上
（2） 铝质校正原料 含 30%以上
（3） 铁质校正原料 含 50%以上
二、 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸盐水泥熟料的矿物主要由硅酸三钙（ ）、硅酸二钙（ ）、铝酸三钙（ ）和铁铝酸四钙（ ）组成。
三、 工艺流程
1、 破碎及预均化
（1）破碎 水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。
破碎过程要比粉磨过程经济而方便，合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。在物料进入粉磨设备之前，尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备的负荷，提高黂机的产量。物料破碎后，可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象，有得于制得成分均匀的生料，提高配料的准确性。
（2）原料预均化 预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
原料预均化的基本原理就是在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺直取”。
意义：
（1）均化原料成分，减少质量波动，以利于生产质量更高的熟料，并稳定烧成系统的生产。
（2）扩大矿山资源的利用，提高开采效率，最大限度扩大矿山的覆盖物和夹层，在矿山开采的过程中不出或少出废石。
（3）可以放宽矿山开采的质量和控要求，降低矿山的开采成本。
（4）对黏湿物料适应性强。
（5）为工厂提供长期稳定的原料，也可以在堆场内对不同组分的原料进行配料，使其成为预配料堆场，为稳定生产和提高设备运转率创造条件。
（6）自动化程度高。
2、生料制备
水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。
工作原理：
电动机通过减速装置带动磨盘转动，物料通过锁风喂料装置经下料溜子落到磨盘中央，在离心力的作用下被甩向磨盘边缘交受到磨辊的辗压粉磨，粉碎后的物料从磨盘的边缘溢出，被来自喷嘴高速向上的热气流带起烘干，根据气流速度的不同，部分物料被气流带到高效选粉机内，粗粉经分离后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统收尘装置中收集下来，即为产品。没有被热气流带起的粗颗粒物料，溢出磨盘后被外循环的斗式提升机喂入选粉机，粗颗粒落回磨盘，再次挤压粉磨。
3、生料均化
新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。
均化原理：
采用空气搅拌，重力作用，产生“漏斗效应”，使生料粉在向下卸落时，尽量切割多层料面，充分混合。利用不同的流化空气，使库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生倾斜，进行径向混合均化。
4、预热分解
把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。
工作原理：
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分碳酸盐分解。为了最大限度提高气固间的换热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗，必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能。
（1）物料分散
换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。
（2）气固分离
当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。
（3）预分解
预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
4、水泥熟料的烧成
生料在旋风预热器中完成预热和预分解后，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。
在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的 、 、 等矿物。随着物料温度升高近 时， 、 、 等矿物会变成液相，溶解于液相中的 和 进行反应生成大量 （熟料）。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热，提高系统的热效率和熟料质量。
5、水泥粉磨
水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。
6、水泥包装
水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。
硅酸盐水泥生产的原料
1.硅酸盐水泥的主要成分
硅酸三钙（3CaO•SiO2）、硅酸二钙（2CaO•SiO2）、铝酸三钙（3CaO•AI2O3）、
铁铝酸四钙（4CaO•AI2O3•Fe2O3）
其中：CaO 62～67%； SiO2 20～24%； AI2O3 4～7%； Fe2O3 2～6%。
2.硅酸盐水泥生产的主要原料
(1) 石灰质原料：
以碳酸钙为主要成分的原料，是水泥熟料中CaO的主要来源。如石灰石、白垩、石灰质泥灰岩、贝壳等。一吨熟料约需1.4～1.5吨石灰质干原料，在生料中约占80%左右。
石灰质原料的质量要求
品位 CaO（%） MgO（%） R2O（%） SO3（%） 燧石或石英（%）
一级品 ＞48 ＜2.5 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0
二级品 45～48 ＜3.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0
(2)粘土质原料：
含碱和碱土的铝硅酸盐，主要成分为SiO2，其次为AI2O3，少量Fe2O3，是水泥熟料中SiO2、AI2O3、Fe2O3的主要来源。粘土质原料主要有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。一吨熟料约需0.3～0.4吨粘土质原料，在生料中约占11～17%。
粘土质原料的质量要求
品位 硅酸率 铁率 MgO（%） R2O（%） SO3（%） 塑性指数
一级品 2.7～3.5 1.5～3.5 ＜3.0 ＜4.0 ＜2.0 ＞12
二级品 2.0～2.7或3.5～4.0 不限 ＜3.0 ＜4.0 ＜2.0 ＞12
一般情况下SiO2含量60～67%，AI2O3含量14～18%。
(3)主要原料中的有害成分
① MgO：影响水泥的安定性。水泥熟料中要求MgO＜5%，原料中要求MgO＜3%。
② 碱含量（K2O、Na2O）：对正常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟料中要求R2O＜1.3%，原料中要求R2O＜4%。
③ P2O5：水泥熟料中含少量的P2O5对水泥的水化和硬化有益。当水泥熟料中P2O5含量在0.3%时，效果最好，但超过1%时，熟料强度便显著下降。P2O5含量应限制。
④ TiO2：水泥熟料中含有适量的TiO2，对水泥的硬化过程有强化作用。当TiO2含量达0.5～1.0%，强化作用最显著，超过3%时，水泥强度就要降低。如果含量继续增加，水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制TiO2＜2.0%。
3. 硅酸盐水泥生产的辅助原料
(1)校正原料
① 铁质校正原料：补充生料中Fe2O3的不足，主要为硫铁矿渣和铅矿渣等。
② 硅质校正原料：补充生料中SiO2的不足，主要有硅藻土等。
③ 铝质校正原料：补充生料中AI2O3的不足，主要有铝钒土、煤矸石、铁钒土等。
校正原料的质量要求
硅质原料 硅 率 SiO2（%） R2O（%）
＞4.0 70～90 ＜4.0
铁质原料 Fe2O3＞40%
铝质原料 AI2O3＞30%
(2) 缓凝剂：以天然石膏和磷石膏为主。掺加量3～5%。
4.工业废渣的利用
① 赤泥：烧结法生产氧化铝排出的赤色废渣，以CaO、SiO2为主。掺加石灰质原料可配制成生料。
② 电石渣：以CaO为主。可替代部分石灰石生产水泥。
③ 煤矸石：以SiO2、AI2O3为主。可替代粘土生产水泥。
④ 粉煤灰：以SiO2、AI2O3为主。可替代粘土配制生料，也可作混合材料。
⑤ 石煤：以SiO2、AI2O3为主。可作不粘土质原料，也可作燃料。
