水泥助磨劑多功能化的發(fā)展趨勢

武漢理工大學(xué)材料學(xué)院教授龍世宗在2009中國水泥工業(yè)粉磨技術(shù)高峰論壇上演講

　　一、水泥助磨劑多功能化的必然性

　　1、我國絕大多數(shù)地區(qū)水泥產(chǎn)能已飽和或過剩，提產(chǎn)的需求已經(jīng)不迫切；

　　2、近年來，新建、擴建的水泥生產(chǎn)線都有熟料預(yù)破碎系統(tǒng)，以及高效選粉系統(tǒng)，磨機產(chǎn)量已大幅提高。例如φ4.2×13M磨機產(chǎn)量已達(dá)240t/h；提產(chǎn)的空間已經(jīng)不大。

　　3、許多磨機水泥粉磨電耗已降至35kWh/t以下，磨機提產(chǎn)15%，只能節(jié)電5kWh/t左右，一些有余熱發(fā)電的企業(yè)平均電費已降至0.4元/kWh以下。由于提產(chǎn)節(jié)約的電費還低于使用助磨劑的費用，因此在水泥助磨劑中復(fù)合更多的功能（對水泥性能無害），適應(yīng)市場的需要，是助磨劑發(fā)展的必然趨勢。

　　二、我國水泥助磨劑多功能化發(fā)展現(xiàn)狀

　　1、水泥企業(yè)需求狀況

　　市場是助磨劑發(fā)展的導(dǎo)航儀。根據(jù)我們近幾年的調(diào)查和分析，水泥生產(chǎn)企業(yè)對助磨劑需求大致分為四類：

　?。?）要求提高磨機產(chǎn)量15-20%，以提產(chǎn)為主要目的，這類企業(yè)大約占5-10%；

　?。?） 要求增加混合材6-8%，提產(chǎn)10%左右，以降低成本為主要目的，這類企業(yè)約占65-70%；

　?。?）要求提產(chǎn)10%左右，增加混合材2-4%，水泥性能（需水量、凝結(jié)時間）基本不變，以降低成本同時保證水泥質(zhì)量為前提，這類企業(yè)約占15-20%；

　　（4） 其他特殊要求，如延長凝結(jié)時間、減少坍落度經(jīng)時損失等，這類企業(yè)約占5%。

　　2、助磨劑企業(yè)生產(chǎn)狀況

　　我國目前助磨劑生產(chǎn)企業(yè)大約有300多家。

　　關(guān)于助磨劑的品種，如果按外觀分，有固體助磨劑和液體助磨劑兩種。按功能分，有提產(chǎn)型、提產(chǎn)/增強型、緩凝型等多種。固體助磨劑基本上都是提產(chǎn)/增強型，在水泥中的摻量為0.5-0.8%；液體助磨劑：提產(chǎn)型摻量為0.02-0.03%，提產(chǎn)/增強型摻量為0.1-0.2%；

　　全國助磨劑年產(chǎn)量有多大？目前還沒有權(quán)威的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。如果以助磨劑類型來統(tǒng)計，則提產(chǎn)/增強型的多功能助磨劑生產(chǎn)量大約占85-90%左右的份額。

　　三、水泥助磨劑多功能化可以獲得多方面效益，符合科學(xué)發(fā)展觀

　　1、減少物料粘球、粘磨、團聚，降低粉磨電耗，提高磨機產(chǎn)量

　　2000年施行水泥強度檢驗新標(biāo)準(zhǔn)（ISO標(biāo)準(zhǔn)）后，我國水泥細(xì)度控制指標(biāo)平均下降了2~3%。水泥細(xì)磨伴隨物料粘球、粘磨、團聚現(xiàn)象出現(xiàn)，阻礙研磨體對物料的粉磨，導(dǎo)致電耗增加，磨機產(chǎn)量下降。水泥細(xì)度越細(xì)，粉磨阻力越大。

　　粘球、粘磨、團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生，源于水泥細(xì)顆粒表面過剩的電荷、價鍵力、表面能等。助磨劑是帶極性基團的分子，它們很容易被吸附到細(xì)顆粒的表面，使水泥細(xì)顆粒表面過剩的電荷、價鍵力、表面能等降低或消除，從而避免粘球、粘磨、團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。粉磨阻力降低，產(chǎn)量提高，電耗隨之下降。

　　2、提高選粉機效率

　　因為助磨劑對水泥顆粒的分散作用，細(xì)小的顆粒不會形成大顆粒被帶回到回粉中，更多細(xì)粉作為成品排出，選粉效率提高10-20%，循環(huán)負(fù)荷降低50-100%。

　　3、降低出磨水泥溫度

　　水泥經(jīng)粉磨后溫度升高，其原因是：1）研磨體撞擊、摩檫產(chǎn)生熱。這種熱可以通過優(yōu)化磨機參數(shù)（級配、填充率、研磨體幾何形狀等）降低。2）微裂紋愈合、顆粒團聚、細(xì)顆粒與研磨體及襯板粘結(jié)，使水泥顆粒的表面能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；這部分能量是可以通過助磨劑的作用降低的。根據(jù)我們許多大磨的實踐，使用助磨劑后出磨水泥溫度可以下降5-10℃左右。

　　4、改善水泥顆粒級配，進而改善水泥及混凝土性能。

　　使用助磨劑，在混合材摻量相同情況下，水泥中≤3μm的顆粒減少1-4%，而3-30μm的顆粒增加3-6%，≥45μm的顆粒減少1-2%；

　　≤3μm的顆粒需水量大，水化快，因此≤3μm的顆粒減少對減少水泥需水量、減少混凝土坍落度經(jīng)時損失均有利。

　　≤3μm的顆粒水化快，對水泥1-3天強度貢獻大，但由于水化快，形成的水泥石結(jié)構(gòu)不密實，過細(xì)的水泥顆粒對28天強度及混凝土耐久性都不利；

　　眾所周知，3-30μm的顆粒增加對提高水泥3-28d強度都是有利的。3-30μm的顆粒的增加是通過減少≤3μm和≥45μm的顆粒來實現(xiàn)的。

　　≥45μm的水泥顆粒，其內(nèi)核（1-10μm）由于被水化物包裹是永遠(yuǎn)不能水化的，以集料的形式（同砂、石）存在于混凝土中。因此減少≥45μm的水泥顆粒數(shù)量，既有技術(shù)（增強）效益，又有經(jīng)濟效益（減少熟料的浪費）。[Page]

　　5、增強型助磨劑在保持水泥強度不變的情況下可以增加混合材摻量6-8%，節(jié)約熟料6-8%，一方面可以降低水泥的能源和資源消耗，另一方面可以減少CO2、NOX等廢氣排放，既有經(jīng)濟效益，又有環(huán)境效益。就我國14億噸水泥產(chǎn)能而言，節(jié)約6%的熟料，一年就是6000萬噸，相當(dāng)于可以少建20條日產(chǎn)1萬噸的生產(chǎn)線。

　　6、水泥顆粒分散性好，粘聚性降低，可以解決散裝水泥卸不干凈的問題。

　　四、水泥助磨劑多功能化與水泥助磨劑國家標(biāo)準(zhǔn)

　　1、水泥助磨劑多功能化與助磨劑國家標(biāo)準(zhǔn)

　　水泥助磨劑多功能化就是將國外的“助磨劑”和“功能添加劑”復(fù)合在一起的助磨劑。

　　水泥助磨劑多功能化在我國已成為既成事實，大多助磨劑企業(yè)都在生產(chǎn)，眾多水泥企業(yè)也在使用。對于這樣一種現(xiàn)象，仁者見仁，智者見智，可能有不同看法。

　　國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于水泥助磨劑定義，只規(guī)定其助磨功能，沒有規(guī)定助磨劑可以附加其他功能，也沒有規(guī)定不能附加其他功能。但是如果助磨劑中附加的功能“對水泥性能無害”，而且對改善水泥及混凝土有利、對節(jié)約資源、能源有利，復(fù)合科學(xué)發(fā)展觀，就不違背國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　當(dāng)然如果在助磨劑中附加一些對水泥性能有害的物質(zhì)或功能，是必須嚴(yán)格禁止的。

　　2、水泥助磨劑標(biāo)準(zhǔn)修訂值得探討的幾個問題

　　水泥助磨劑多功能化已是我國助磨劑發(fā)展的必然趨勢。

　　在水泥助磨劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂成國家標(biāo)準(zhǔn)之際，根據(jù)我們多年來對助磨劑生產(chǎn)、使用和研究獲得的經(jīng)驗，對標(biāo)準(zhǔn)的修訂提出以下幾點意見。

　　（1）關(guān)于試驗方法

　　現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中助磨劑對水泥性能影響的試驗方法是將助磨劑直接加入水泥中試驗，沒有經(jīng)過粉磨。根據(jù)我們大量試驗結(jié)果證明，助磨劑直接加入水泥中試驗，與加入水泥中經(jīng)過共同粉磨后試驗，水泥性能差異很大。如凝結(jié)時間，直接加的凝結(jié)時間可能延長30min以上，但共同粉磨的凝結(jié)時間則沒有延長。又如直接加入的水泥稠度不變，共同粉磨時稠度增加等等。水泥助磨劑在生產(chǎn)中是肯定參加粉磨的，直接加入水泥的試驗方法很可能沒有反映助磨劑的真實性能。因此關(guān)于助磨劑對水泥性能影響的試驗方法是值得進一步研究、改進的問題。

　　（2）稠度和膠砂流動度

　　現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中要求加助磨劑水泥稠度變化不超過±1%；水泥膠砂流動度95-105%。

　　我們的大量試驗結(jié)果表明，加助磨劑的水泥稠度增加，而膠砂流動度不降低有時還增加。眾所周知，膠砂流動度大小與混凝土需水量和流動性能相關(guān)性比稠度的相關(guān)性大。因此助磨劑對水泥稠度的影響這一指標(biāo)是否可以取消？

　　另外助磨劑如果降低水泥膠砂流動度，對水泥性能有害，應(yīng)該加以限制；但對于增加水泥膠砂流動度（例如≥105%）的情況，顯然對改善混凝土性能是有利的，是否有必要限制？其上限（105%）限制是否可以取消？

　　（3）關(guān)于比表面積

　　現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中助磨劑的助磨作用要求：45μm篩余減少≥2%，比表面積增加≥10m2/Kg。

　　大量的實踐證明，摻助磨劑的水泥即使細(xì)度下降了，而水泥的比表面積往往也下降。這在業(yè)界似乎已形成共識。在修訂的標(biāo)準(zhǔn)中是否可以將這一指標(biāo)刪去？

　　（4）關(guān)于凝結(jié)時間

　　現(xiàn)有助磨劑標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，摻助磨劑水泥凝結(jié)時間變化≤±30min。

　　摻助磨劑的水泥，特別是增加混合材的水泥往往凝結(jié)時間有較大的延長。還有一些企業(yè)為了適應(yīng)用戶要求（如道路用水泥，解決混凝土坍落度經(jīng)時損失等），需要適當(dāng)延長水泥凝結(jié)時間?，F(xiàn)有助磨劑標(biāo)準(zhǔn)對凝結(jié)時間的限制，不利于多功能助磨劑的發(fā)展。

　　國家通用水泥標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了水泥初凝時間不能早于45min，在初凝45min與終凝10h之間很寬的范圍內(nèi)，并沒有對水泥初凝時間上限（10h前）做出規(guī)定。凝結(jié)時間短一點、長一點對水泥性能并無害。

　　如果認(rèn)為有必要對凝結(jié)時間進行限制，可否參照通用水泥標(biāo)準(zhǔn)中對堿（R2O）的限制辦法，交由助磨劑用戶與供應(yīng)商自行協(xié)商確定。沒有必要規(guī)定摻助磨劑水泥凝結(jié)時間變化≤±30min。

　　（5）明確限制助磨劑中Cl-和堿（R2O）含量

　　為了保證助磨劑多功能化的安全，在助磨劑標(biāo)準(zhǔn)修訂時有必要明確規(guī)定助磨劑中不能添加氯鹽、堿等對水泥和混凝土性能有害的物質(zhì)，對其含量指標(biāo)做出嚴(yán)格限制。