一、水泥助磨劑在水泥和混凝土生產(chǎn)中的重要性

　　過去十年中國水泥產(chǎn)量增長很快，通過與世界水泥產(chǎn)量相比較可以看出，世界水泥產(chǎn)量的增長主要來自中國水泥產(chǎn)量的增長，2008年中國水泥產(chǎn)量占世界水泥總量的53%，可見，中國水泥在世界上的重要性。

　　這是2005年做的調(diào)查，硅酸鹽水泥產(chǎn)量占 8% ，普通硅酸鹽水泥產(chǎn)量占69%，復合水泥產(chǎn)量占14%，礦渣水泥產(chǎn)量占8%，火山灰水泥產(chǎn)量占1%。數(shù)據(jù)顯示，當時硅酸鹽水泥的產(chǎn)量占8%，其實硅酸鹽水泥所占的比例要比8%小得多，當時要求格雷斯銷售人員在國內(nèi)進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)只有四、五家水泥企業(yè)生產(chǎn)硅酸鹽水泥。從去年開始實施了新水泥標準，取消了PO32.5水泥，據(jù)了解，現(xiàn)在水泥總產(chǎn)量的50～60%的是復合水泥，大約30%的是普通硅酸鹽水泥，其它少量的是礦渣水泥、火山灰水泥等。

 

　　當初對混合材摻量的調(diào)查顯示，PO32.5混合材最大摻量48%，平均摻量28%；PO42.5混合材最大摻量26%，平均摻量20%。據(jù)了解，現(xiàn)在復合水泥平均摻量要大于28%，在30～40%之間，最大摻量也有超過50%的，但為數(shù)不多；普通水泥混合材平均摻量也不止20%。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)在使用的混合材的種類很多，有礦渣、粉煤灰、煤矸石、石灰石、石煤渣、鋼渣、鐵合金渣 、爐渣、石煤、化鐵爐渣、銻礦渣、硅錳渣、磷渣、鍋爐渣等，不下于二十多種。目前，中國的水泥主要是摻2～3種混合材的復合水泥。

 

　　從功效上來講，分為兩大類：助磨劑和質(zhì)量改進劑。

　　水泥助磨劑是為提高水泥粉磨效率和產(chǎn)量、改善水泥成品的品質(zhì)和性能、降低生產(chǎn)成本而在水泥磨成過程中使用的化學外加劑。從原理上來講，對產(chǎn)品性能不能有影響，質(zhì)量改進劑還可以提高水泥強度。

 

　　助磨/質(zhì)量改進劑是在70年代為使用混合材而開發(fā)的，除了具有助磨劑的優(yōu)點外，還有下述特點：在強度和凝結時間不變的條件下增加混合材的摻量，增加水泥沙漿及混凝土的流動性，為改善水泥的特定性能而專配，通常用量要高一些，一般為400-2000g/t，通常水泥使用成本也高一些，但能獲得更好的性能和效益。

 

　　在比表面積相同時，提高臺時產(chǎn)量，通常對水泥質(zhì)量的影響很小，常規(guī)用量為100～500g/t，通過添加助磨劑可以增加臺時產(chǎn)量、減少水泥粉磨電耗、減少磨機運行時間、減少磨機的磨損和維護費用、防止水泥結塊、改進水泥輸送性能、使水泥粒徑分布范圍變窄而提高強度。噸水泥的助磨劑使用成本在3元左右，直接的經(jīng)濟效益不是很大，其大小取決于工廠的運行情況、原材料的價格以及電價。

 

　　年產(chǎn)100萬噸以上的大型水泥粉磨站綜合電耗平均39kWh/t水泥，發(fā)電廠發(fā)1度電排放0.95kgCO₂，使用水泥助磨劑能提高產(chǎn)量5-30%，年產(chǎn)100萬噸粉磨站使用水泥助磨劑，按提產(chǎn)10%計算，能節(jié)省的能源和減排的CO₂量為：1000000×39×10% =390000kW，1000000×39×0.95×10% = 3705000kg=3705tCO₂，這還沒考慮運輸過程中的減排效果。

假如水泥強度提高1Mpa，每立方混凝土可以少用6 kg水泥，常用混凝土C25、C30的水泥用量為300 kg/m³ ，按水泥售價350元/噸計算，則每立方米混凝土成本降低2.1元，如1000000萬噸的水泥用來配制相同強度的混凝土，則相應節(jié)約的水泥量為：1000000×6/300=20000 噸，節(jié)約20000噸水泥，可節(jié)能2300噸標準煤，2000000度電，減排減少排放CO₂ 17000噸。

 

　　按照熟料：200元/噸，混合材：60元/噸，助磨/質(zhì)量改進劑：4~5元/噸.水泥計算，增加5%混合材摻量而產(chǎn)生的效益：(200-60)×5%= 7.00/噸·水泥，水泥廠使用助磨/質(zhì)量改進劑后的純利潤：7.00-(4~5)= 2~3元/噸·水泥。對于年產(chǎn)300萬噸水泥廠來說，一年利潤就是600萬。

 

　　生產(chǎn)1噸熟料排放的CO₂約870 kg，加工1噸混合材所排放的CO₂約70kg，所以1噸水泥增加使用5%混合材而減少的CO₂排放量：(800~870)×0.05 = 40~44 kgCO_2.。年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨站減少的CO₂排放量1000000×(40~44) = 40000000~44000000 kg = 40000~44000 噸CO₂。

 

　　水泥助磨劑有粉體和液體兩種形式。粉體助磨劑成分主要是鹽（主要為氯化鈉）、無或少量助磨物質(zhì)、非活性/火山灰載體；液體助磨劑大部分為單組分的產(chǎn)品、少量的復配產(chǎn)品。粉體助磨劑的摻量通常在0.8~1.0%，水泥新標準中限制助磨劑的摻量為水泥總量的0.5%；粉體助磨劑中的氯鹽將對鋼筋混凝土結構中鋼筋產(chǎn)生腐蝕作用，水泥新標準中限制水泥中總的氯離子量小于0.06% ；又由于各地水泥生產(chǎn)所用的原材料及所用的混合材很不相同，非常復雜，所以助磨劑的合理選用必須考慮到原材料的特性及水泥的水化機理和動力學過程。

 

　　作為助磨劑廠家，首先要了解用戶的現(xiàn)狀和需要，對用戶的目的、需要、及生產(chǎn)狀況和水泥特性（水泥的原材料特性、生產(chǎn)工藝、磨機特性、混合材的摻量和特性、及水泥水花的機理和動力學）進行分析和評估，然后通過助磨劑的設計和計算、實驗室小試、工廠磨機試驗確定能用的水泥助磨劑及使用條件；經(jīng)過結果評估及效益分析后正式使用，在生產(chǎn)使用中安排售后服務工程師為客戶提供技術服務和支持；

 

　　選用合適的助磨劑通過助磨、減少輸送時間、提高水泥強度及增加混合材摻量等能立即減少相當可觀的能耗及CO₂排放，同時給水泥廠也帶來相當可觀的利潤。

 

　　助磨劑的使用工藝很簡單，助磨劑的合理選用是一個非常難和復雜的過程。選用助磨劑時需考慮水泥的原材料特性、生產(chǎn)工藝、磨機特性、混合材的摻量和特性、及水泥水花的機理和動力學。

 

　　只有最合適的助磨劑，沒有最好的助磨劑。

　　在助磨劑的使用過程中需要對產(chǎn)品有效的規(guī)范、標準及機構來進行檢測，也需要高素質(zhì)的專業(yè)人員對行業(yè)進行培訓和指導。

 

　　化學外加劑的種類：減水劑、引氣劑、減縮劑、堿骨料反應抑制劑、阻銹劑、早強劑、緩凝劑、水化控制劑、著色劑、其它外加劑。

 

　　減水劑添加到混凝土中可以減少水膠比或減少水和水泥的用量，在不改變水膠比的情況下改善混凝土的工作性，顯著地改善新拌和硬化混凝土的性能，比如泌水和分離、泵送性、塑性收縮、含氣量、凝結時間、蠕變、滲透性和耐久性。

 

　　根據(jù)減水能力可分為減水劑(至少5%的減水量，ASTM中的A，D和E型) 和高效減水劑(超塑化劑)(至少12%的減水量，ASTM中的F和G型)。

 

　　根據(jù)化學組成分有改性木質(zhì)素磺酸鹽、三聚氰胺、萘磺酸鹽、聚羧酸鹽類。

 

　　引氣的氣孔要比毛細孔大得多，必須保持適當?shù)臍饪组g距，漿體中的最近的兩氣孔間距應小于0.2毫米。引氣氣孔表面的一層水在零度左右就開始結冰使得四周區(qū)域的水能移來。

 

　　干縮能使混凝土構件產(chǎn)生開裂或卷曲，造成收縮的原因有很多，但水份損失是主要原因，水分損失過程可分為三個階段：失去毛細管中的水、失去C-S-H表面吸附水、失去C-S-H結構中的水。

 

　　當這些小孔中的水失去時，孔中殘留水的表面張力將孔壁拉近而使體積收縮。

 

　　堿-骨料反應是指混凝土中的堿與其骨料中的活性組份發(fā)生的化學反應， 其反應產(chǎn)物可能使混凝土產(chǎn)生較大的膨脹而開裂。 有兩類堿-骨料反應：堿-硅反應和堿-碳酸鹽反應。

 

　　混凝土中的鋼筋處于鈍化狀態(tài)，鈍化膜中有FeOOH，F(xiàn)e₂O₃，F(xiàn)e₃O₄和一些其它尚未確定的物質(zhì)，但厚度小于2納米。當環(huán)境的鹼度降低(pH值小于11.5)或在侵蝕性離子(例如：氯離子或硫酸離子)的作用下，鈍化膜就破壞了。加阻銹劑有兩方面的作用：延長腐蝕開始的時間，減緩腐蝕速率。阻銹劑可以是陽性的，陰性的，或混合性的。常見的阻銹劑有：

亞硝酸鈉、亞硝酸鈣、苯酸鈉、鉻酸鉀。

 

　　6.總結：

　　在過去的十多年里，混凝土化學外加劑的發(fā)展和應用取得了很大進展，化學外加劑的使用顯著地改進了混凝土的工作性、力學性能和耐久性。但由于混凝土原材料和化學外加劑的復雜性，在選用外加劑之前應該進行實驗評估，使用化學外加劑可能會增加混凝土材料和結構的初始費用，但選用適當?shù)耐饧觿┛梢燥@著地增加混凝土材料和結構的服役壽命，減少其壽命周期中的總費用。