在“双碳”战略目标驱动下，水泥工业作为高碳排放重点领域，亟须推动绿色低碳转型。文章系统综述了低碳胶凝材料的主要研究进展与应用现状，涵盖低钙水泥、化学激发胶凝材料、固碳胶凝材料和少熟料胶凝材料4大体系。其中，低钙水泥通过优化矿物组成与煅烧工艺降低碳排放；化学激发胶凝材料通过酸、碱激发方式实现水化硬化，摆脱对高温煅烧的依赖；固碳胶凝材料利用CO2参与反应实现碳封存；少熟料胶凝材料通过大掺量辅助性材料或煅烧高岭土尾矿/煤矸石-石灰石协同设计，大幅减少熟料用量。在梳理各体系原材料来源、制备工艺、水化机制、性能特征及工程应用的基础上，重点剖析了其面向中国资源禀赋与工程需求时所面临的结构性制约，包括优质原料供给不足、资源分布不均、制备能耗尚未根本扭转、工艺适配性受限等问题。未来，应立足我国区域资源特征与应用场景，统筹材料性能、经济成本与减碳效益，推动低碳胶凝材料从实验室走向规模化工程应用，为建材行业绿色转型提供可行路径。

关键词：低碳；胶凝材料；低钙；化学激发；固碳；硅铝酸盐胶凝体系

中国于2020年正式提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和”的战略目标。这不仅是应对全球气候变化的庄严承诺，更是推动国内高质量发展、构建新发展格局的内在要求。水泥工业作为国民经济与基础设施建设的关键支柱产业，在有力支撑经济社会发展的同时，也因其能源资源消耗大、碳排放结构特殊、排放总量突出，成为减排任务最艰巨、最紧迫的领域之一。据统计，中国作为全球最大的水泥生产国，其水泥行业碳排放约占全国工业排放总量的13%，位居全国第三。可见，推动水泥行业绿色低碳转型，不仅是产业自身可持续发展的迫切需要，更是关乎国家“双碳”全局战略能否如期实现的关键一环，具有极端重要性与现实紧迫性。传统水泥生产过程中的二氧化碳排放主要来自燃料燃烧及原料分解。其中，燃料燃烧排放是指在高温煅烧阶段通过燃烧煤炭等化石燃料所产生的二氧化碳，约占总排放量的30%；原料分解则源于石灰石在高温下分解生成生石灰时所释放的二氧化碳，占比最高，通常达到60%，另有10%来自生产能耗。近年来，国内外水泥行业在减少乃至替代化石燃料使用和降低生产能耗方面取得了良好进展，但单纯依靠工艺技术及装备水平改造实现进一步节能减排的空间有限。因此，开发新型低碳胶凝材料已经成为水泥行业实现碳中和目标的核心技术方向。

目前，国内外学者已研发出多元化的新型低碳胶凝材料体系，主要可概括为以下类型：①低钙水泥：通过设计低钙熟料矿物组成体系，减少石灰石用量，并将煅烧温度从传统硅酸盐水泥的1450℃降低至1200℃~1350℃，从而直接减少燃料消耗与相应碳排放。②化学激发胶凝材料：利用酸、碱激发硅铝质原料并形成胶凝体，摆脱对原料高温煅烧及石灰石的依赖，实现更低的碳排放。③固碳型胶凝材料：将二氧化碳作为反应组分直接纳入胶凝体系，在材料形成过程中封存CO2，部分体系甚至具备“负碳”潜力。④少熟料胶凝材料：以高比例辅助性胶凝材料替代水泥熟料，通过物理与化学活化手段实现胶凝性能，大幅降低熟料用量与过程排放。

文章将围绕上述4类低碳胶凝材料体系，从原材料来源、制备工艺、物相组成、水化硬化机制、碳排放及工程应用等方面，系统评述各体系的最新研究进展，并提出未来应用建议。

1.1 铝酸盐水泥

铝酸盐水泥（Calcium Aluminate Cement，简称CAC”），是以铝矾土和石灰石为主要原料，按照适当比例配合，经过1300℃~1400℃煅烧处理，获得以铝酸一钙、二铝酸钙、七铝酸十二钙和钙铝黄长石为主要矿物组分，并含有微量钙钛矿、铁相和尖晶石的水硬性胶凝材料。相比OPC，CAC水泥煅烧温度降低50℃~150℃，制备过程可减少约40%的CO2排放量。

CAC凭借其独特的水化产物体系，展现出快速凝结、早期强度高的特点，其24h强度可达最终强度的80%以上，极适用于机场跑道抢修、防洪堵漏及军事工程等需短时间内恢复功能的紧急工程。由于CAC基本不含Ca(OH)2，该材料在酸性环境、硫酸盐侵蚀及海水冲刷下表现出卓越的耐久性，因而在海洋工程、下水道管网及化工地基等强腐蚀场景中具有不可替代性。此外，CAC在硬化过程中放热高度集中，可利用其高水化热实现负温环境下的自加热硬化，从而有效缩短严寒气候下的施工周期。在高温工业环境中，CAC因其优异的耐高温性能，常被应用于耐火材料，如耐火衬里、工业炉、耐火结构和热储存系统等应用场景。

1.2 硫铝酸盐水泥

硫铝酸盐水泥（Sulfoaluminate Cement，简称“SAC”），是以铝矾土、石灰石和石膏为主要原料，按照适当比例配合，经过1250℃~1350℃煅烧，获得以硫铝酸钙、硅酸二钙及铁相为主要矿物组分的水硬性胶凝材料。相比OPC，SAC的石灰石用量可减少约50%，煅烧温度降低100℃~200℃，CO2排放量减少25%～35%。

目前，已经有大量研究证实了以固废替代不可再生资源制备硫铝酸盐水泥体系的可行性。相关替代方案涵盖部分替代、高比例替代乃至全固废替代。在工程应用方面，硫铝酸盐水泥体系同样具备超早强与快硬特性、水化放热集中、抗硫酸盐侵蚀能力，可用于冬季道路修复、机场跑道抢修、防洪堵漏、军事工程、海洋与地下工程。此外，硫铝酸盐水泥体系优越的微膨胀性可适度补偿混凝土的干缩，提高抗裂缝性能和抗渗性。

1.3 高贝利特水泥

高贝利特水泥（Belite-RichCement，简称“BRC”），是一种以C2S为主导矿物的低热硅酸盐水泥，其C2S含量超过40%，C3S含量通常低于35%。相比OPC，BRC的煅烧温度降低约150℃，石灰石消耗量降低5%～10%，碳排放量降低约10%。BRC与OPC最终的水化产物均为C-S-H凝胶与CH，但两者在水化速率、水化产物及水化放热特性方面存在显著差异。BRC的水化过程具有“早期缓慢、后期持续”的动力学特征，表现为初期水化速率慢、后期仍能持续反应的特点。BRC早期强度发展较慢，但28d龄期强度可与OPC相当，且后期强度增长率显著更高。通过稳定与活化C2S晶型、优化粉磨工艺、使用外加剂等方式可改善其早期性能。BRC水化生成的C-S-H凝胶通常具有更低的钙硅比。低钙硅比的C-S-H凝胶聚合度更高，从而赋予BRC硬化浆体更优异的长期化学稳定性。此外，BRC水化生成的Ca(OH)2含量明显低于OPC。较低的Ca(OH)2含量优化了混凝土的界面过渡区，结合更稳定的C-S-H凝胶与致密微观结构，使其具有优异的抗硫酸盐侵蚀[69]和抗冻性能。在水化放热方面，相比OPC，BRC的水化温度峰值出现时间滞后5h~7h，累计水化放热降低约20%。用BRC制备的混凝土最高温升较OPC和中热水泥制备的混凝土分别降低约7.0℃和3.7℃，有效降低大体积混凝土内部的温升与温度应力，减少温度裂缝风险。因此，BRC特别适用于水坝、水电站基础等大体积混凝土工程，以及码头、防波堤等长期承受侵蚀的环境。

1.4 局限性分析

铝酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的核心原料均为Al2O3含量较高的铝土矿。然而，我国铝土矿资源存在先天不足：一方面，储量仅占全球总储量的约2.3%至3.5%，资源本底相对贫乏；另一方面，已探明资源主要集中于山西、河南、广西和贵州4省区，分布高度集中，进一步加剧了原料供应的地理约束。此外，铝土矿并非水泥行业的专属原料，而是多类基础工业的共用资源，其中铝工业占据了绝对主导地位（90%以上），形成了对优质铝土矿资源的强势挤占。此情形下，铝酸盐水泥与硫铝酸盐水泥所需的高品位铝土矿面临供应渠道不稳、资源保障度低的潜在风险，优质原料的可得性已成为制约产业发展的关键瓶颈。此外，铝矾土的市场价格远高于普通硅酸盐水泥所用的石灰石，高品位铝矾土价格可达石灰石的数倍乃至十数倍。由于原料成本占水泥生产总成本的比重较大，铝土矿的高价直接拉高了铝酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的整体生产成本，使其在通用建材市场中难以与普通硅酸盐水泥进行价格竞争。在制备工艺方面，铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及高贝利特水泥仍沿用传统硅酸盐水泥熟料的“两磨一烧”生产流程。其中，“两磨”过程消耗大量电能，特别是高贝利特水泥熟料因其硬度较高，粉磨能耗甚至超过普通硅酸盐水泥熟料，由此带来的间接碳排放不降反增。而在“一烧”环节，尽管部分水泥体系的烧成温度有所降低，但其热能供给仍主要依赖煤炭等化石燃料。

原文引用格式：[1]白茹,刘加平,赵亚松,等.低碳胶凝材料的研究与应用进展[J].土木工程与绿色建筑,2026,2(4):1-26.

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