浅谈助磨剂在不同混合材水泥生产中的应用

水泥 2009-04-03

　　在西方国家的水泥生产中，有超过90%的水泥生产线在使用助磨剂，但在我国助磨剂还远远没有得到广泛应用，其原因是多方面的。有对助磨剂的认识问题；有工艺和设备的适应性问题；有水泥混合材的多样性问题；当然也有助磨剂本身的质量问题。本文仅就助磨剂与不同混合材在水泥生产中的应用做一探讨。

　　一、水泥混合材及其分类在磨制水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等级、增加水泥产量等而掺入的人工或天然的矿物材料，称为水泥混合材。目前水泥企业所用的混合材中，大部分是工业废渣。混合材按其性能不同，通常分为活性混合材和非活性混合材两大类，其中活性混合材用量最大。

　　1.活性混合材凡是天然的或人工的矿物质材料，磨成细粉，加水后虽然本身可能不硬化，但与激发剂混合，加水拌和后，不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者，称为活性混合材或水硬性混合材。常用的活性混合材有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材和粉煤灰等。

　　2.非活性混合材凡不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿物质材料经磨成细粉，掺入水泥中仅起调节水泥性能、降低水化热与强度等级、增加水泥产量的混合材，称为非活性混合材或填充性混合材。对不符合技术要求的粒化高炉矿渣、火山灰质混合材及粉煤灰等均可作为非活性混合材使用。此外，如石英岩、砂岩等磨成的细粉也属非活性混合材。

　　二、优化水泥颗粒级配的技术途径水泥的细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。水泥的筛余量越小表示水泥越细，但并不等于强度越高。水泥颗粒级配才是重要的指标。最理想的状况是：水泥中熟料的颗粒级配应满足最佳性能的级配要求，而<3μm 特别是<1μm 的颗粒则为混合材（或矿物掺和料），如石灰石粉、粉煤灰、矿渣粉等。这些<3μm 的细粉状混合材填充于水泥熟料颗粒之间的空隙，使水泥颗粒的堆积趋向紧密，向F u l l e r 曲线靠拢。

　　1.熟料与易磨性好的混合材共同粉磨在熟料中加入一些易磨性好的混合材，如石灰石、粉煤灰等共同粉磨。由于这些混合材易磨性好，因此在水泥颗粒中，混合材的粒径比熟料的小。可以期望，共同粉磨工艺中的石灰石或粉煤灰应该能提供更多的<3μm 颗粒，从而优化水泥的颗粒级配。需要注意的是，由于石灰石硬度比熟料低，共同粉磨易使比表面积虚高，而让人误认为优化了水泥的颗粒级配。

　　2.熟料与难磨的混合材分别粉磨

　　比熟料难磨的混合材宜采用分别粉磨然后混合的方法。若用共同粉磨的方法，矿渣的粒径比熟料的粗，当水泥的比表面积为350m²/kg 时，矿渣的比表面积只有230～280m²/kg 。因此要分别粉磨。

　　3.正确使用助磨剂优化水泥颗粒级配

　　分别粉磨可以较好地解决不同材料的易磨性问题，但要投资相关设备，对中小水泥企业并不是最佳的方案。而助磨剂对熟料、混合材结构和化学成分有选择性和适应性，因此要及时调整助磨剂的配方，以解决不同混合材的易磨性问题。

　　三、激发混合材活性的方法

　　常用的具有潜在活性的混合材，有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材和粉煤灰等。目前常采用物理激活、化学激活和热激活等方法来激发混合材的活性。

　　1.物理激活

　　物理激活也称机械激活，在粉煤灰、矿渣、煤矸石等处理方面具有很好的效果。通过超细粉磨混合材，使其颗粒变得很小,不仅可填充硬化结构的毛细孔，起到密实增强的作用，而且还能增加混合材的比表面积；同时，其颗粒表面出现错位、点缺陷和结构缺陷，氧化硅和氧化铝的无定形程度增加，颗粒表面自由能增加，从而提高了活性。它可以极快的速度消耗氢氧化钙和石膏，促进混合材与水泥水化产物的二次反应，使生成的水化产物增加，因而提高了强度。

　　2.化学激活化学激活是在混合材中填加微量的激发物质，激发物质中的N a⁺、O H^-、S O^4-等在机械化学力的强化改性下，在粉体表面可形成一定的表面活性点。在水泥水化过程中，这些活性点优先参与水化反应，与其他颗粒或集料形成局部焊点，使其参与并加速混合材与水泥水化产物的二次反应，加快加固混凝土浆体早期强度构架的形式。常用的化学激发剂有两类：碱性激发剂和硫酸盐激发剂。

　　四、复合型助磨剂在水泥生产中的应用

　　复合型助磨剂是一种既可以起助磨作用又能够提高水泥强度的双重功效型助磨剂。从水泥制造的工艺角度考虑，由于复合型助磨剂在水泥中的掺量很小，它在水泥制品中的分散均匀度就会受到影响。为减小这种影响，只有从水泥粉磨系统中加入是最佳选择。这是因为：一方面，水泥颗粒在比表面积增大过程中也发生了一定的物理化学变化，这些变化有利于化学激发物质与其表面发生活化反应，激发出水泥颗粒潜在的水化活性。在粉磨过程中，磨内温度高达上百摄氏度，因此，在相同的热力活化机制、相同的粉磨时间条件下，采用“先混后磨”的粉磨方式优于“先磨后混”；另一方面，助磨剂在水泥粉磨过程中有利于均匀分散在水泥成品中，这些都比在混凝土搅拌中加入激发物质要好。

　　复合型助磨剂能有效提高选粉机产量，而成品水泥细度是其直接的质量指标之一。对闭路系统，如果出磨水泥细度太粗，势必会导致循环负荷率过大，增大选粉机的压力。此外，选粉机的临界分离粒径是以80μm 界定的，它不可能改变小于此粒径的各粒度级别的含量。如果入磨物料的含水率与温度过高，极易使水泥粉磨出现包球、糊磨现象，磨细的物料黏附在大颗粒料上，选粉机无法充分分离细物料，造成过粉磨。这种情况在高细粉磨和超细粉磨中经常出现，而采用复合型助磨剂是解决以上问题的最佳办法。

　　熟料与易磨性好的混合材共同粉磨，易造成过粉磨。相关研究提示：在42.5等级水泥中每掺1％石灰石，比表面积应增加50m²/kg ，当掺量达5%时，会虚增250m²/kg ；实际上，要达到P ·Ⅱ42.5标准，水泥的比表面积应达415m²/kg 。共同粉磨，因石灰石易磨性好，先于熟料磨细，其细粒包糊在熟料细粒表面，阻碍熟料粉磨。为了补偿掺加混合材造成的水泥强度损失，传统工艺只得采用过粉磨的办法，而采用复合型助磨剂则是解决该问题的最经济实惠的办法。

　　当前，很多水泥企业所用的助磨剂主要起增产作用，但随着水泥行业混合材使用量的增大及现已执行的国家通用水泥新标准中取消普通硅酸盐32.5等级水泥之后，水泥厂的生产成本上升。因此，在不改变现有工艺条件的情况下，一种既能提高磨机产量又能提高混合材掺量或水泥强度的助磨剂，对水泥制造企业来说非常急需。而复合型助磨剂在提高台时产量、改善水泥颗粒级配、激发混合材活性、提高水泥强度等方面，都具有独到功效，正是水泥制造企业所急需的高科技产品。特别要说明的是，只有根据不同的熟料及不同的混合材成分、配比，及时调整助磨剂的配方，才能发挥助磨剂的最佳效果，使水泥生产企业获得最大的经济效益。

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