《水泥低能耗制备与高效应用·国家“973计划”项目成果专著》本书针对水泥低能耗制备与高效应用这一重大产业需求，重点围绕高介稳阿利特微结构调控及高胶凝性熟料相匹配、熟料分段形成动力学、离心力场中的粉磨动力学与能量传递和水泥优化复合与结构稳定性四个关键科学问题，全面、系统地总结了我国水泥领域科学工作者近年来在高介稳阿利特微结构和熟料矿物相组成优化、熟料分段烧成动力学及过程控制、水泥粉磨动力学及过程控制、水泥熟料和辅助性胶凝材料优化复合的化学和物理基础、复合水泥浆体组成和结构的演变规律以及水泥基材料的产物与结构稳定性及服役行为等方面的研究工作和成果。

　　出版《水泥低能耗制备与高效应用·国家“973计划”项目成果专著》一书，旨在为水泥、混凝土行业和企业的发展提供理论指导和技术支持。本书可供无机非金属材料专业的学生以及从事水泥、混凝土生产的工程技术人员和有关科研人员阅读，以及在实际工作中借鉴。

　　水泥混凝土面广量大，是人类社会发展的重要基础材料之一。水泥工业节能减排和混凝土长寿命使用是水泥混凝土基础材料可持续发展面临的重大关键问题。科技部于2008年批准立项国家重点基础研究发展计划（“973”计划）“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”项目(编号：2009CB623100)，该项目针对水泥生产和应用过程的各个主要环节围绕关键科学问题开展以提高水泥性能和节能减排为主要目标的基础研究，实现水泥科学理论和技术的重大创新，促进水泥工业生产与产品结构调整、提高使用效能、提高能源与资源利用效率。该项目开展六个方面研究工作：（1）高介稳阿利特微结构和熟料矿物相组成与胶凝性的关系。（2）熟料分段形成动力学及过程控制。（3）离心力场中水泥粉磨动力学与颗粒特性。（4）水泥体系各组分优化匹配和胶凝性的发挥。（5）复合水泥浆体组成和结构的演变规律及其与性能的关系。（6）服役条件下水泥基材料的产物与结构稳定性及服役行为。预期在水泥低能耗制备的基础研究方面取得突破性进展，在水泥高效应用的基础研究方面取得重要进展，相关研究成果得到工业应用。
　　该“973”项目由南京工业大学沈晓冬教授担任首席科学家，中国建筑材料科学研究总院、南京工业大学、清华大学、华南理工大学、同济大学为项目主要参加单位，南京大学、济南大学、郑州大学、北京工业大学、浙江大学、湖南大学、韶关学院、重庆大学、安徽建筑工业学院、哈尔滨工业大学、沈阳建筑大学和河南理工大学为参与单位，共计160余名水泥混凝土领域学者参加。五年研究工作取得了重要进展，于2013年11月通过科技部验收。该项目已发表学术论文406篇，申请发明专利38项、授权专利28项，其中2项分别获得美国、日本和欧洲发明专利，出版7本专著；获国家技术发明奖二等奖1项、国家科技进步二等奖2项、省部级二等奖5项和三等奖3项；组织召开4次国际学术会议、8次国内学术会议；培养21名博士后、69名博士研究生、243名硕士研究生；既有具有自主知识产权的专利成果，也有具有较高研究深度及学术水平的理论性成果。
　　研究成果中与水泥低能耗制备相关的成果包括：（1）建立了C3S基本结构单元9R模型和原子尺度上晶体结构的表征方法，发现了离子调控规律，发明了阿利特晶体结构的离子调控和热调控方法，实现了阿利特由M3型向M1型转变，大幅度提高了熟料胶凝性。对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3五元熟料体系，发明了硫铝酸钙二次合成方法，实现了高含量阿利特和硫铝酸钙矿物的共存。（2）研究了熟料分段烧成动力学，开发了一套适合测试和表征微量碳酸盐分解新生物相反应活性的装置，建立了产物活性与煅烧制度的关系，建立了以收缩未反应芯为基础的硅酸二钙固相反应模型，建立了碱、氯、硫的挥发循环及控制机理。（3）建立了离心力作用下熟料粉磨动力学方程，掌握了节能效率的影响规律。与水泥高效应用相关的成果包括：（1）建立了硅酸盐水泥熟料和辅助性胶凝材料复合水泥中水泥熟料和辅助性胶凝材料优化匹配的基本理论，实现使用25％水泥熟料和75%矿渣、粉煤灰、钢渣等辅助性胶凝材料制备了42.5强度等级复合水泥。（2）阐明了复合水泥浆体孔结构特征，建立了复合水泥浆体组成和结构的演变规律，提出了低收缩、较高强、较低熟料用量的复合水泥制备技术，阐明了其作用机理。（3）提出了低钙体系水化结构稳定性的掺合料掺量限值和基于耐久性的低钙水泥体系稳定性判据，基于由力学损伤引起的裂纹密度与连通度的相关性建立了基于有效介质理论的带微裂纹材料的渗透性理论模型，研发了多因素耦合作用下混凝土耐久性评价试验设备和试验方法，建立了混凝土损伤和寿命预测模型，指导了国家重大工程的设计与评估验收。
　　本书对“973”计划项目“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”的主要研究成果进行了论著，按照项目所安排的六个课题顺序编章。全书由参加项目研究的课题负责人和部分学术骨干撰写。第一章由沈晓冬、张文生、吕忆农和马素花撰写，第二章由汪澜和考洪涛撰写，第三章由叶旭初撰写，第四章由余其俊、马一平和韦江雄撰写，第五章由邓敏和姚武撰写，第六章由姚燕、王玲和吴浩撰写。每章的第一撰写人为各课题负责人。全书由沈晓冬、马素花负责统稿，沈晓冬负责审核。
　　由于作者水平有限，书中内容难免有疏漏之处，敬请读者指正。

　　沈晓冬
　　2015.8

第一章 高介稳阿利特微结构和熟料矿物相组成优化
　1.1 C3S晶体结构演变规律与理论模型　
1.2 不同结构C3S的水化活性
1.3 阿利特晶体结构调控技术的应用　
1.4 水泥熟料矿相组成优化及应用
第二章 熟料分段烧成动力学及过程控制
2.1 熟料形成过程的热力学与动力学理论　
2.2 熟料煅烧窑炉技术模拟分析　
2.3 多功能耐高温材料的研制
2.4 新型RSP分解炉的工程设计及示范应用
第三章 水泥粉磨动力学及过程控制
3.1 离心力场中粉磨过程的节能机理分析
3.2 粉磨过程中研磨体运动规律的模拟研究　
3.3 影响能量传递的粉磨效率试验与数模回归研究　
3.4 粉磨水泥颗粒特性对水泥性能的影响规律　
3.5 酰胺多胺聚羧酸水泥助磨剂的制备和性能研究
第四章 水泥熟料和辅助性胶凝材料优化复合的化学和物理基础
4.1 水泥熟料与辅助性胶凝材料粒度区间与组成、性能的关系　
4.2 复合水泥颗粒群的优化匹配　
4.3 水泥熟料与辅助性胶凝材料的优化匹配原则　
4.4 低熟料用量、高性能复合水泥的制备　
4.5 复合水泥浆体结构稳定性研究　
4.6 复合水泥工业化推广及混凝土试验研究
第五章 复合水泥浆体组成和结构的演变规律
5.1 C-S-H凝胶分子结构和团簇结构的理论计算　
5.2 复合水泥浆体中熟料和辅助性胶凝材料水化的NMR表征　
5.3 复合水泥浆体中C-S-H凝胶的纳微米表征　
5.4 复合水泥浆体中水的状态和孔隙结构表征　
5.5 复合水泥浆体的结构模型　
5.6 低水胶比下各种辅助性胶凝材料对水泥浆体干缩性能的影响规律
5.7 复合水泥浆体性能的调控
第六章 水泥基材料的产物与结构稳定性及服役行为
6.1 水泥基材料水化产物和浆体微观结构稳定性　
6.2 水泥基材料孔结构表征与传输机制　
6.3 环境条件作用下混凝土的服役性能及寿命预测研究