受某组织赞助，实验室同事组织了一次参观英国最大的水泥厂的活动。作为一个与水泥打交道近十年的人（我主要是使用水泥，并不研究水泥生产），这是我第一次参观水泥厂，实地了解水泥的生产过程。

HOPE水泥厂位于英格兰峰区（Peak District 国家森林公园）。年生产能力约150万吨，这个能力在中国排名前50名都排不到。但这里是没有什么建设工程的英国，国情不一样。工厂前身成立于1929年，在1952和1970年左右分别升级改造了两次，最近几年公司的架构和所有权频繁变动，最近又开始升级改造设备。目前拥有干法生产窑两条生产线，厂区员工数量为165人。

最开始是访客安全培训和每个人配发的相关安全装备，之后才是负责人先简单介绍了公司历史和目前的生产情况，接着带我们参观了水泥生产原料石灰石矿厂。吃完三明治为主的午餐后，相关的技术人员介绍了公司的产品控制和优化体系，同时我们的代表也介绍了我们（谢菲尔德大学水泥研究组）的研究情况，然后由负责人带领参观厂区的水泥生产线以及产品质量控制实验室。

虽然我基本了解整个水泥生产流程、原理和工艺，但实地参观还是令我印象深刻。感觉一切都是那么巨大、宏观，毕竟用水泥生产的混凝土是全世界人类消耗量第二大的商品——消耗量第一的东西是水。同时，整个厂区看不到灰尘、烟尘的状况。防尘的细节做得很好，无论是原料破碎还是水泥熟料生产过程，没有看到尘土飞扬的样子，烟囱里面也没有看到浓烟滚滚，空气也没有奇怪的味道（生产过程中需要除硫和一氧化氮等污染气体）。

参观结束时，我问负责人：目前水泥厂面临最大的挑战是什么？他回答我：“是让水泥厂运行下去。”即使是英国最大最先进的水泥厂也面临如此挑战，这令我不禁思考：在节能减排方面，工艺技术的提高还有多少空间？人类社会的发展几乎不可能离开水泥混凝土，但水泥生产的未来是什么？

以下是本次参观过程中拍的一些照片。

清晨的英格兰峰区，一片雾濛濛，树枝还挂着雾淞一样的霜，很是好看。

HOPE水泥厂的整个鸟瞰图（这其实是一张照片翻拍）。

很正规的安全培训教育，每个参观者都提供了制服、安全鞋、保护眼镜、耳塞、手套和安全帽等。

负责人是全厂唯一的博士。

水泥生产原料开采矿场：石灰石，整个开采矿场很大很深，长约为1.4公里，宽约为600米。

石灰石原料开采出来后，进行初次破碎成小块，图为破碎控制室。

原料初次破碎设备。

原料初次破碎设备室。

原料初次破碎后经由运输管道运到下一级存放。

原料输送到水泥厂。

水泥生产操作控制室，在1990年代就已经实现数字化监控。

水泥生产线，两条干法生产窑，直径4.8米，长度为70米。管道内需要大量耐火砖（1500度左右），大部分来自巴西和德国，试过中国的产品，但效果不好……

在水泥生产窑下面合影。窑的表面温度为150度左右，一阵阵热风，在寒冷的冬天站在下面很温暖……

水泥生产窑的进火端，也就是管道斜放着较低的一端。高的一端投入水泥生产原料，利用重力和窑一分钟两圈的旋转力量使得原料在窑管道里慢慢流向低的一端，同时受热钙化烧成水泥熟料。

同样在进火的一端，水泥熟料生成，慢慢出来冷却。

绝对的重工业，复杂的设备。

水泥生产需要消耗很多的能源，该厂每年的燃料费用需要600多万英镑。煤是主要的燃料。约占所有燃料的65%左右。

在环保的要求下，燃料不单是燃煤，也开始使用工业垃圾，布匹、废纸、塑料等。

畜牧业的垃圾也用作燃料，马牛羊圈里的所有东西，带草料和动物的毛发和排泄物等，很臭……

粒化的塑料，还有废旧汽车轮胎也用作燃料。

水泥生产窑的点火器，同时输入空气和燃料，火焰就是通过此燃料器产生而进入窑内（英文叫Fire Pipe）。

水泥熟料生产后通过此球磨设备研磨成粉。

水泥生产过程中需要添加石膏，控制水泥的凝结。

生产好的水泥直接经由厂区的铁路运输到客户和其它下游水泥厂。水泥产品运输成本太高，因此主要供应英国。

即使是水泥厂，也有高尔夫球场还有健身馆。

Preliminary Announcement and Call for Papers (PDF flyer download link)

The Third International Conference on CHEMICALLY ACTIVATED MATERIALS (CAM2017)

Gold Coast, Australia, 8-11 August 2017

ORGANISED BY

Chair:

• Hao Wang, University of Southern Queensland

Co-Chairs:

• Caijun Shi, Hunan University, China
• John Provis, The University of Sheffield, UK
• Jin Zou, The University of Queensland, Australia

INTRODUCTION

Chemically activated materials as an alternative to traditional cement and concrete have received increasing attention in the recent decades due to the public and regulators’ divers to more environmental friendly construction materials. The first international conference on chemically activated materials (CAM2010) was held in Jinan, China 2010, and the second conference (CAM2014) was held in Changsha, China 2014. Many world-leading experts in this area participated and presented their work. Along the great success of the first two conferences, the 3rd CAM conference is to expend to outside China, and is scheduled at 8-11 August 2017, in the beautiful Surfers Paradise, Gold Coast, Australia. The aim of the conference is again to bring together leading experts in this field from around the world to present the recent achievements, share the latest development and address the challenges in these innovative and very promising materials. It is also aimed to further promote research, development and applications of chemically activated materials.

苏格兰阿伯丁海滩

武侠小说中的武林高手，总是喜欢寻找武林秘籍和特别的武器，不这样就无法独霸武林。在科研领域中，科研人员经常希望拥有最先进的科研设备和最齐全的配套服务，以为这样做起科研来，自然会得心应手，做出世界一流的研究成果。我曾经就一直持有这样的观点。

事实上真是如此？我在国内国外参观过不少实验室，大学、公司、研究所都有。国外的实验室总体规模比较好，但也往往并不齐全，有的大学由于年代久远，老的实验设备来不及更新换代。相反，国内一些新建的实验室，设备更全更新一些。

我原来在哈尔滨工业大学念研究生的时候，我们的主力实验室是一个地下室隔间，连手机信号都没有，常规设备都不齐，杂物堆得拥挤不堪。然而，就是从那里毕业了不少学生。

后来到比利时根特大学后，我们Magnel水泥和混凝土实验室相当宏大，设备也不少，不论是宏观的6000 KN全计算机控制的压力机还是微观方面的激光粉末颗粒分析仪等，让我顿然感觉之前在国内实验室简直是小作坊。

即使如此，我的博士课题依然有不少内容需要从其它实验室找条件完成，因为我需要的设备和技术我们实验室没有。我就想，也许我们的实验室还是不够好，也许更好的大学里会有更齐全的实验室。

我来到英国的大学实验室后，同事告诉我这可能是英国最好的水泥实验室，我看着那间较新但并不算大的实验室，心存怀疑又不便于表达：真的吗？在整个大学里，即使那个所谓英国最大的土木工程实验室，他们的压力机也只能达到2000 KN左右，并且不是计算机自动控制，真是too simple, sometimes naive。我仍然觉得也许更厉害的大学或者研究组会有更好更齐全的设备。

这几天，我在英国苏格兰阿伯丁大学开会，我主动联系会议组，要求参观水泥领域泰斗研究人物F.P. Glasser教授的实验室。85岁高龄的Glasser教授依然活跃在水泥研究领域，我想他的实验室应该是好得不得了，又新，设备又先进，没准还有一些独门绝技……

阿伯丁大学水泥研究实验室

走进他们的实验室，我很快发现，根本不是我想象的那样，除了较新的XRD设备和较多水泥煅烧设备，他们的实验室规模又小又简单，许多常规设备要么没有见到，要么就是陈旧，化学药品摆放得到处都是（他们归属化学系而不是材料系或者土木工程系），初看的感觉就像这座500多年历史的大学一样，绝对不像现代化的高精尖端实验室。甚至，他们也有一间像我在哈尔滨时候的地下室——也没有手机信号，好几个科研人员在不停地忙碌，研究使用镁水泥捕捉二氧化碳。

这样的实验室，条件并不算先进，然而这并不妨碍他们这个研究组在全世界水泥领域做出了不少的科研成果。我参观完后，心里并没有失落感，相反，我突然明白，理想的实验室并不存在，也不是必须，它们并不是做好科研的绝对条件。

自己实验室没有的东西，可以想办法实现，要么自己需要时买，要么找其它资源。任何一个大学或者科研单位，在有限的投入下，不可能配置全世界上所有先进的设备。各个科研单位之间的设备和资源能够共享利用好就已经相当不错了。

我当然不是说科研不需要客观条件：实验室的硬件设备，我想强调的是使用这些实验设备的科研人员，他们努力的科研工作和创新性思维的重要性绝对不容忽视。用电影里的一句台词来说：21世纪什么最贵？人才。

2015年8月29日 写于从阿伯丁返回谢菲尔德的火车上

混凝土是世界上使用最广泛的土木工程材料，这得益于它便宜的价钱、巨大的产量。几乎是常识，制造混凝土需要水泥（还有水和砂石骨料）。但是，水泥被全世界许多人们认定为CO2（二氧化碳）碳排放量巨大的建筑材料，因为在生产水泥的过程中，燃料燃烧和石灰石煅烧分解的确会排放CO2（更不消说落后水泥厂的粉尘污染），大约一吨水泥会排放一吨CO2. 整个全球水泥行业排放的CO2总量，约占全世界非人为CO2排放量的5-8%，这不是一个小数字。

也许会有人会说：人类能否找到替代水泥的更好的建筑材料？比如木材、钢材等。事实上这不可行，以木材为例，全球每年的木材消耗量远远超过重新植树的数量，有些地方甚至不能轻易获得木材作为主要的建筑材料，例如：非洲和中国的许多地方。至于钢材，它本身的价格相对水泥要贵得多，而且生产钢材的过程中也产生大量CO2. 事实上，水泥的生产过程相比较其它材料，其能源消耗并不高（混凝土更低）。

可以这样说，几乎无法找到完全替代水泥的建筑材料，这是由地球上的资源情况所决定。地球的地壳成分中，O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg八种元素几乎占了98%，而这8种元素正是水泥的主要成分，要找到一种替代材料，也必然要包含这8种元素。

从长远来看，由发展中国家的城市化发展以及世界人口的增长速度来看，整个世界依然需要大量的水泥作为建筑材料。比如，在未来几十年来里，来自印度、中国等发展中国家的水泥需求量几乎要翻番。

既然我们依然需要使用水泥作为大量的建筑材料，我们如何能减轻CO2排放量？水泥行业的未来是什么样？虽然公众未必知晓，整个水泥行业和水泥科研领域却做了大量的工作，也取得了不小的成绩。

从水泥生产行业来说，一方面，水泥生产企业尝试使用垃圾（甚至有毒）作为燃料，比如用废旧的汽车轮胎作为燃料来生产水泥。在中国的三峡大坝地区，有人尝试，将三峡水库中漂浮的木材收集起来作为水泥生产的燃料。另一方面，整个水泥生产工艺也一直在优化过程中。欧洲的众多水泥生产企业能达到80%的能耗效率，这个成绩即使是以纯理论观点来看，也是一个了不起的成绩。

科研工作者们一直在研究如何减少使用水泥熟料。一个方法是使用辅助胶凝性材料（Supplementary Cementitious Materials）。辅助胶凝性材料通常是工业废料或者生产水泥的原材料，比如高炉矿渣、石灰石粉末（正是煅烧它才产生CO2）、火山灰、硅灰、天然火山灰。这些辅助胶凝性材料和水泥两掺或者三种材料混合使用，能够取代部分水泥熟料，并在工程性能上没有损失（有时在耐久性方面甚至有提高）。

但是，即使是辅助胶凝性材料，它们的数量也是有限的。有些地区并不一定能方便地获得辅助胶凝性材料，例如，如果一个地方没有炼钢厂，就不太可能有矿渣，将来甚至炼钢行业进行大革新，从而不再产生矿渣。针对这种情况，有研究者们试图利用几乎没有储量限制的钙化粘土。这些钙化粘土含有的高岭土成分具有类似水泥基材料的特性。在古巴进行的研究表明，用钙化粘土取代30%的水泥，获得了与波特兰水泥混凝土同等的3天强度，这说明钙化粘土如果能有效加以利用，在未来具有良好的使用前景。

总体来说，水泥是一种非常重要的建筑材料。对于未来水泥行业的CO2排放量，人类并不必过分担心。

英文原文：The importance of cement and its future

前几日Godaddy放优惠码：FLOWERS, 凭此注册顶级域名，一律1.49美元/年/个。手贱，把自己早看上的一个域名注册上：www.CementScience.com, 话说这个域名是上一位注册用户未续费掉下来的，被我捡到了。现在的好域名.com的越来越少，这个域名虽然长一点，但意义明显，不算太差，跟我的研究领域太相近了: Cement Science.

由于是专业的内容，并不指望会有多少人看，但不妨碍在 www.CementScience.com 上放点自己专业上杂七杂八的东西。我的土木坛子虽然挂着土木二字，也和国内一些行业内的朋友有友情链接，但我实在没有在土木坛子上谈多少专业方面的东西，因为专业方面的东西太窄了，有几个人会愿意看呢？尤其是博士课题研究这种有点儿钻牛角尖的事情，不相信？讲个笑话：

本科生和硕士、博士写“如何做红烧肉” 。 本科生说把肉放锅里加些东西煮； 研究生说这个是不行的，要写出多少肉，多少其他的佐料，怎么煮，煮多长时间； 过了一个月，博士出了一本书，书名叫“如何做红烧肉”，打开目录，“第一章， 如何养猪”。

事实上，好多人来我的博客都是为了寻找Kindle方面的资源或者Ubuntu方面的信息，可这些东西并不是我的本意，至少并不见得有很大的价值，我更没有想把自己的中文博客变成这种信息的集中地。我的本意是想分享大脑中想到的东西：Mind stream，意识流——你总会有一些想法值得与别人分享，可是理想与现实的“拟合”很难完美。

但水泥研究毕竟是我的学习领域，就用 www.CementScience.com 来分享一些此方面的信息：内容全是英文，全是关于水泥科研——水泥基材料的世界。愿意去看的肯定是与水泥科研有关的人士，自然欢迎同行交流赐教。如果实在没有人看也拉倒，就当个网络笔记本了。

虽然不是专家，但不妨当一回砖家，至少让朋友们知道我跟土木工程依然有点关系，而不是号称土木坛子却与土木半毛钱关系都没有。

很多人都未必能一直从事某一方向的研究，更何况是博士课题这种有些钻牛角尖的研究，当然，没有博士生的研究又肯定不行，要不然会有那么多的资金傻傻地投入进来？

土木坛子上大学的时候学的是土木工程——工民建，然后在硕士研究生阶段做了一点海洋混凝土耐久性方面的研究，算是偏向了建筑材料中的混凝土方向。有幸到欧洲留学后，从事的研究就完全是水泥方面了，更确切地说是复合水泥方面的研究，彻底地从一个结构方向的学生转变成了材料方向的学生，跨度当然是有的。不过，这种现象也并不少见。毕竟研究阶段，总得从事些别人没有干过的事情，这样才能有利于推进科研的进步。

有跨度没有问题，问题是如何克服跨度？年轻人最大的优势可能就是学习能力了。反正现在的信息资料是如此发达，只要想学，什么资料都有。所以土木坛子在这里想推荐一下类似我这种情况的书籍。不多，暂时推荐两本，可以称之为水泥化学方面研究的入门书、教科书、工具书，这两本均是PDF格式的国外原版，点击直接下载(链接见博文末尾)。

我这种共享行为是否有版权，其实我也不甚清楚，反正只要没有有商业目的，下载下来做为科研之用，应该是没有什么问题，更何况在祖国这片神奇土地上的人们，我们还有版权的观念吗？

下载链接：

• 水泥化学：Cement chemistry 2nd edition taylor.pdf
• Lea’s 水泥和混凝土化学：Lea’s Chemistry of Cement and Concrete 4th Ed.pdf