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(kuò)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(jī)產(chǎn)量已大幅提高。例如φ4.2×13M磨機(jī)產(chǎn)量已達(dá)240t/h；提產(chǎn)的空間已經(jīng)不大。

　　3、許多磨機(jī)水泥粉磨電耗已降至35kWh/t以下，磨機(jī)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(fèi)已降至0.4元/kWh以下。由于提產(chǎn)節(jié)約的電費(fèi)還低于使用助磨劑的費(fèi)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(jī)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(shí)間）基本不變，以降低成本同時(shí)保證水泥質(zhì)量為前提，這類企業(yè)約占15-20%；

　?。?） 其他特殊要求，如延長凝結(jié)時(shí)間、減少坍落度經(jīng)時(shí)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(qiáng)型、緩凝型等多種。固體助磨劑基本上都是提產(chǎn)/增強(qiáng)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(qiáng)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(jì)數(shù)據(jù)。如果以助磨劑類型來統(tǒng)計(jì)，則提產(chǎn)/增強(qiáng)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(tuán)聚，降低粉磨電耗，提高磨機(jī)產(chǎn)量

　　2000年施行水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)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(tuán)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(jī)產(chǎn)量下降。水泥細(xì)度越細(xì)，粉磨阻力越大。

　　粘球、粘磨、團(tuán)聚現(xiàn)象的產(chǎn)生，源于水泥細(xì)顆粒表面過剩的電荷、價(jià)鍵力、表面能等。助磨劑是帶極性基團(tuán)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(jià)鍵力、表面能等降低或消除，從而避免粘球、粘磨、團(tuán)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(jī)效率

　　因?yàn)橹λ囝w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(jī)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(tuán)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)闊崮埽贿@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(shí)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(jìn)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(shí)損失均有利。

　　≤3μm的顆粒水化快，對水泥1-3天強(qiáng)度貢獻(xiàn)大，但由于水化快，形成的水泥石結(jié)構(gòu)不密實(shí)，過細(xì)的水泥顆粒對28天強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)）效益，又有經(jīng)濟(jì)效益（減少熟料的浪費(fèi)）。[Page]

　　5、增強(qiáng)型助磨劑在保持水泥強(qiáng)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(jì)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(shí)，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(gè)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(yàn)，對標(biāo)準(zhǔn)的修訂提出以下幾點(diǎn)意見。

　　（1）關(guān)于試驗(yàn)方法

　　現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中助磨劑對水泥性能影響的試驗(yàn)方法是將助磨劑直接加入水泥中試驗(yàn)，沒有經(jīng)過粉磨。根據(jù)我們大量試驗(yàn)結(jié)果證明，助磨劑直接加入水泥中試驗(yàn)，與加入水泥中經(jīng)過共同粉磨后試驗(yàn)，水泥性能差異很大。如凝結(jié)時(shí)間，直接加的凝結(jié)時(shí)間可能延長30min以上，但共同粉磨的凝結(jié)時(shí)間則沒有延長。又如直接加入的水泥稠度不變，共同粉磨時(shí)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(yàn)方法很可能沒有反映助磨劑的真實(shí)性能。因此關(guān)于助磨劑對水泥性能影響的試驗(yàn)方法是值得進(jìn)一步研究、改進(jìn)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(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)損失等），需要適當(dāng)延長水泥凝結(jié)時(shí)間。現(xiàn)有助磨劑標(biāo)準(zhǔn)對凝結(jié)時(shí)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(shí)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(shí)間上限（10h前）做出規(guī)定。凝結(jié)時(shí)間短一點(diǎn)、長一點(diǎn)對水泥性能并無害。

　　如果認(rèn)為有必要對凝結(jié)時(shí)間進(jìn)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(shí)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(shí)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。