水泥工藝外加劑研究概況

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(運(yùn)城市建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，山西 運(yùn)城 044000)

引言

近年來，我國水泥行業(yè)依據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策的要求，走上了優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)保的發(fā)展道路，取得了一些重大突破。但是，水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍需要改革，向綠色水泥的方向發(fā)展?！熬G色水泥”概念的提出是符合我國水泥行業(yè)發(fā)展的，指的是能夠節(jié)省原材料、減少能源及資源損耗，降低生態(tài)環(huán)境中二氧化碳總排放量，提升水泥產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量。在不改變?cè)猩a(chǎn)條件的基礎(chǔ)上，使用水泥工藝外加劑能夠提升水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，推動(dòng)我國水泥行業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的道路。

大量的實(shí)踐證明，在使用水泥工藝外加劑后，既改善了水泥熟料的燒成條件，又提高了水泥的質(zhì)量，更重要的是降低了能耗，節(jié)省了資源，使企業(yè)贏得了更大的效益，從而為水泥企業(yè)的發(fā)展注入了新的發(fā)展動(dòng)力。

1 水泥工藝外加劑概述

1.1 定義

從總體上來說，水泥外加劑包含兩類：一是水泥混凝土外加劑；二是水泥工藝外加劑。而后者指的是在水泥生產(chǎn)階段，加入一些可以改善水泥產(chǎn)品性能、減少成本消耗的一小部分物質(zhì)。通常來講，水泥工藝外加劑的加入量在1%～5%范圍內(nèi)。

1.2 分類

一般來講，水泥工藝外加劑的分類方式不同，其包含的外加劑是有一定差別的。①根據(jù)摻入生產(chǎn)工序劃分，可將其分為兩類：生料外加劑與水泥粉磨用外加劑；②根據(jù)物理形態(tài)進(jìn)行劃分，主要包括兩種：固態(tài)外加劑與液態(tài)外加劑；③根據(jù)外加劑所含的成分劃分，包括的種類較多，如有機(jī)外加劑和無機(jī)外加劑以及兩者混合的外加劑；④根據(jù)用途進(jìn)行劃分，主要有助磨劑、速燒劑以及激發(fā)劑等多種。

1.3 發(fā)展?fàn)顩r

水泥工藝外加劑技術(shù)最早是從國外發(fā)展起來的，國外最初應(yīng)用的是水泥緩凝劑。近年來由于水泥工業(yè)的發(fā)展及需求的擴(kuò)大，人們對(duì)水泥性能也提出了較高的要求，進(jìn)而廣泛使用了水泥外加劑技術(shù)。如美國、德國等發(fā)達(dá)國家主要應(yīng)用的是助磨劑以及可改善混凝土性能的一些外加劑。

我國水泥工藝外加劑技術(shù)的起步相對(duì)晚一些，但發(fā)展速度卻十分驚人。特別是近幾年速燒劑、助磨劑以及激發(fā)劑等的發(fā)展非常迅猛，這必然會(huì)促進(jìn)我國水泥工業(yè)朝著綠色、環(huán)保以及高性能的方向快速發(fā)展。

2 水泥工藝外加劑的研究

2.1 方案設(shè)計(jì)

2.1.1 助磨劑

(1)單體水泥助磨劑。選擇幾類不同的助磨物質(zhì)，根據(jù)摻入量的不同與水泥共同進(jìn)行粉磨，再對(duì)助磨效果進(jìn)行測定，同時(shí)還要對(duì)水泥性能進(jìn)行檢測。

(2)復(fù)合水泥助磨劑。在單體水泥助磨劑研究的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行復(fù)合助磨劑試驗(yàn)，并從中選擇出助磨效果最好，且不會(huì)對(duì)水泥性能產(chǎn)生不利影響的配比。

(3)助磨劑對(duì)摻加混合材料的水泥的影響。配制不同摻量混合材的水泥助磨劑，檢測助磨劑對(duì)摻加混合材的水泥性能是否產(chǎn)生影響。

2.1.2 礦化劑

(1)選擇合理的礦化劑材料，研究其摻入量不同對(duì)水泥生料易燒性是否會(huì)產(chǎn)生影響。

(2)對(duì)礦化劑摻量和煅燒溫度進(jìn)行合理的選擇，進(jìn)而對(duì)低溫煅燒水泥性能進(jìn)行研究。

(3)對(duì)不同溫度下煅燒的水泥熟料進(jìn)行微觀探究，同時(shí)對(duì)助燒機(jī)理進(jìn)行深入分析和討論。

2.2 原材料

在試驗(yàn)中所用的原材料主要包括以下幾種：水泥熟料、生料、石膏、粉煤灰、助磨劑以及礦渣等。

2.3 設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備主要有：水泥試驗(yàn)?zāi)C(jī)、高溫電阻爐、膠砂攪拌機(jī)、破碎機(jī)以及壓力試驗(yàn)機(jī)等。

3 水泥助磨劑對(duì)水泥水化的影響

3.1 助磨機(jī)理

盡管已有大量的學(xué)者對(duì)水泥助磨劑的機(jī)理進(jìn)行了研究，但現(xiàn)有的助磨劑技術(shù)還不是非常完善。當(dāng)前對(duì)助磨劑的應(yīng)用研究還只是借助經(jīng)驗(yàn)法，并未建立一套更科學(xué)的助磨劑機(jī)理的理論指導(dǎo)體系。國外學(xué)者對(duì)助磨劑機(jī)理的研究可以概括為：通常助磨劑吸附于固體顆粒的表面，從而改善了顆粒結(jié)構(gòu)特性；由于助磨劑吸附在顆粒表面，從而降低了顆粒表面力。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)學(xué)者對(duì)助磨劑機(jī)理提出了一些自己的觀點(diǎn)：當(dāng)助磨劑吸附到顆粒表面時(shí)，會(huì)使顆粒表面特性發(fā)生巨大變化；在進(jìn)行粉磨時(shí)，因受多種力的影響，顆粒由團(tuán)聚逐漸向大顆粒方向發(fā)展；在進(jìn)入到球磨機(jī)后，粉磨速度與料、球間的作用頻率和效率為正比關(guān)系。

3.2 對(duì)水泥水化的影響

從整體上來看，由于助磨劑的使用，使得單位粉磨時(shí)間內(nèi)水泥的比表面積增加，可大大提升水泥膠砂強(qiáng)度。若不考慮其他因素的影響，水泥強(qiáng)度的提升得益于水泥水化速度的加快和水化產(chǎn)物的增加。

4 水泥礦化劑對(duì)熟料煅燒的影響

4.1 礦化劑種類

對(duì)水泥生產(chǎn)企業(yè)來講，應(yīng)用礦化劑的主要目的是提高熟料的產(chǎn)量，但卻往往忽視了有害氣體對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染問題。在國外，很多國家對(duì)有害氣體的環(huán)境污染問題給予了高度重視，并且對(duì)粉塵、各種有害氣體以及重金屬提出了非常嚴(yán)格的限制要求。但我國水泥生產(chǎn)企業(yè)在現(xiàn)階段應(yīng)用礦化劑的現(xiàn)象十分普遍，常用的礦化劑主要有螢石礦化劑、螢石鉛鋅尾礦礦化劑等。

4.2 礦化劑對(duì)熟料燃燒的影響

4.2.1 玄武巖對(duì)水泥熟料煅燒的影響

玄武巖對(duì)水泥熟料煅燒會(huì)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，特別是在低溫煅燒時(shí)，可降低水泥熟料中f CaO的含量。對(duì)水泥生料來講，如果玄武巖摻入量在4%，且煅燒溫度為1 350 ℃時(shí)，對(duì)水泥熟料的礦化效果非常好，而這時(shí)的f CaO總含量為2.1%；當(dāng)摻入量為1%，且煅燒溫度為1 350 ℃時(shí)，水泥熟料的礦化效果非常好，但在此情況下f CaO含量卻只有1.3%。由此來看，玄武巖不適用于高鋁率的情況。

4.2.2 礦渣對(duì)水泥熟料煅燒的影響

大量的實(shí)踐證明，在生料中摻入礦渣可以提高水泥的強(qiáng)度。由于我國的水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的水泥強(qiáng)度等級(jí)依然偏低，礦渣的使用既能夠提高水泥的強(qiáng)度，又能避免礦渣污染環(huán)境的問題，可謂一舉兩得。有試驗(yàn)表明，當(dāng)煅燒溫度為1 300 ℃時(shí)，試樣顏色呈黑褐色，當(dāng)放在空氣中進(jìn)行冷卻后，有一部分被粉化，其原因是由于試樣內(nèi)外部的溫差較大，進(jìn)而產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，在此情況下試樣強(qiáng)度并不是非常高。當(dāng)溫度繼續(xù)上升達(dá)1 350～1 400 ℃時(shí)，其燒結(jié)狀況是最好的。

4.3 低溫煅燒對(duì)水泥強(qiáng)度的影響

影響水泥水化速度的因素包含兩大類：一是礦物水化活性；二是熟料礦物表面形成的水化物覆蓋層性質(zhì)。由于玄武巖以及礦渣中含有很多種微量元素，便于熟料中活性高溫多晶體在環(huán)境溫度下穩(wěn)定存在，因此會(huì)提高水泥強(qiáng)度。如果在低溫煅燒情況下，會(huì)對(duì)水泥強(qiáng)度產(chǎn)生巨大影響。

5 結(jié)語

總體來講，在廣泛應(yīng)用水泥工藝外加劑后，既能從根本上解決水泥企業(yè)能耗高、環(huán)境污染等各種問題，又能提升水泥的性能。在今后的發(fā)展中，將工業(yè)廢棄物作為水泥助磨劑應(yīng)成為重點(diǎn)研究的課題之一。為實(shí)現(xiàn)我國水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，水泥工藝外加劑具有廣闊的發(fā)展前景。因此，還需要對(duì)水泥工藝外加劑進(jìn)行深入研究。

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