ZM-1型水泥助磨劑

　　執(zhí)行標準《水泥助磨劑》 Grinding aids for use in the manufacture of cement JC/T 667-2004
助磨劑 grinding aid
　　[ 粉磨 ] 工藝外加劑 Processing addition
　　在水泥粉磨時加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑，其加入量應不超過水泥質(zhì)量 1% 。
比對水泥 reference cement
　　 不摻助磨劑的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、石灰石硅酸鹽水泥以及指定采用本標準的其他品種水泥。

比對混凝土 reference concrete
　　 JC/T 667-2004
　　 按照本標準規(guī)定，不摻助磨劑水泥配制的混凝土。
　　 助磨劑對增加水泥強度、提高水泥產(chǎn)量、改善水泥性能、加快水泥安定性周轉(zhuǎn)、降低熟料用量、加大廢渣等混合材摻加量、節(jié)約資源、降低能耗具有顯著效果。使用該產(chǎn)品，可使水泥生產(chǎn)企業(yè)在不增加設備投資，不改變生產(chǎn)工藝的情況下，達到提高產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、增加效益的目的，既符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，也符合建設節(jié)約型社會和構(gòu)建和諧生態(tài)環(huán)境的總體要求。
一、作用機理
　　在水泥粉磨過程中，隨著顆粒被不斷粉碎和顆粒拉裂面的生成，顆粒表面出現(xiàn)不飽和的價鍵并帶有正或負電荷的結(jié)構(gòu)單元，使顆粒處于亞穩(wěn)定的高能狀態(tài)。在條件合適時，斷裂面重新黏合或者顆粒與顆粒再聚合起來，結(jié)成為大顆粒。因此，粉碎過程是一種可逆反應。摻入適量的助磨劑，則助磨劑吸附在物料顆粒表面上，使斷裂面上的鍵價飽和，顆粒之間的附聚力得到屏蔽，使其荷電性質(zhì)趨于平衡，從而避免了細顆粒的再聚合和細顆粒的黏球、掛壁現(xiàn)象。另外，在水泥粉碎過程中，助磨劑的分子進入到水泥顆粒的裂縫中，靠其表面活性作用幫助裂縫擴展，并防止裂縫在外力打擊下重新愈合，從而提高水泥粉磨效果。
二、使用方法：將助磨劑按水泥質(zhì)量的0.8～1.2％比例摻入，混合材的摻加量提高7～15％，按常規(guī)入磨，進行粉磨即可。
三、使用效果對比
　　 1、提高水泥磨機臺時產(chǎn)量5%～10%。
　　 2、在同樣條件下，未加助磨劑配比為：70%熟料＋30%混合材；加助磨劑配比為：64％熟料＋35％混合材＋1%助磨劑。檢測結(jié)果如下表：

水泥類型 助磨劑 質(zhì)量改進劑 砌筑水泥添加劑 硅酸鹽水泥 ■ ■ 混合水泥 ■ ■ 砌筑水泥 ■ ■ 灰漿水泥 ■ ■ 白水泥 ■ ■ 應用性能 提高產(chǎn)量 ● ● 減少結(jié)塊 ● 降低需水量 ● 節(jié)省電耗 ● ● 增加水泥強度 ● 含氣率 ● 改善板條壽命/保水性 ● 產(chǎn)生憎水性 ● 控制凝結(jié)時間 ■＝水泥應用 ●＝主要功效 ▲＝次要功效
	《水泥助磨劑》JC/T667-2004 Grinding aid 工藝外加劑 Processing addition 比對水泥 Reference cement 比對混凝土 Reference concrete

　　對于水泥助磨劑技術的研究及應用，國外已有 70 多年的歷史。我國在此方面起步于上世紀 50 年代后期，當時一些水泥廠曾用煤、紙漿廢液、肥皂廢液作為水泥助磨劑，效果不太明顯。至 70 年代，眾多企業(yè)和研究部門開展了對助磨劑的研究和應用工作，當時采用的多為工業(yè)副產(chǎn)品以及廢液、廢渣、價格較貴，由于原材料來源不足或質(zhì)量不穩(wěn)定而無法推廣應用。 1999 年以后，我國水泥強度檢驗方法與國際接軌，大多數(shù)水泥企業(yè)為了提高水泥強度實現(xiàn)平穩(wěn)過渡，在水泥粉磨方面進行了研究和改進，從而使水泥助磨劑得到了普遍的推廣。近兩年來，水泥市場需求的急劇上升，加速了助磨劑的生產(chǎn)和應用。

水泥助磨劑在水泥生產(chǎn)中的主要作用
　　 (1) 節(jié)能降耗：在系統(tǒng)中加入助磨劑后，由于助磨劑的助磨作用，在生產(chǎn)同等質(zhì)量的水泥時，其消耗的能源顯著降低，對節(jié)能降耗大有益處。
　　 (2) 提高產(chǎn)量：由于助磨劑的作用，在同等能耗和同等細度的情況下，可以提高產(chǎn)量，縮短研磨時間，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。
　　 (3) 提高選粉效率：由于助磨劑的加入，粒子不會因為附聚作用而形成粗大顆粒，選粉機會讓所有符合成品要求的細小顆粒順利通過，提高選粉效率；另外在運輸過程中也會減少筒倉的堵塞，減少附加的維修費用。
　　 (4) 改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品性能：水泥的主要性能指標體現(xiàn)在強度、需水量和凝結(jié)時間，助磨劑應用于水泥后，它就成為水泥中的一個組分，除了以上作用外，還可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品性能。

助磨劑的作用機理
(1) 防止顆粒的并合、聚結(jié)以及削弱顆粒強度的機理
　　 首先，粉碎過程是一種能量積聚過程。其次，顆粒的粉碎意味著物質(zhì)化學鍵的折斷和重新組合，因此粉碎是一種由機械力誘發(fā)的物理化學現(xiàn)象，即所謂機械力化學現(xiàn)象。提高粉磨效率的有效措施是采取機械力化學方法，即在粉碎物料過程中加入少量的助磨劑。在粉碎過程中，如果向物料中添加助磨劑，助磨劑吸附在物料顆粒上，使斷裂面上的價鍵力得到飽和，顆粒之間的附聚力得到屏蔽，可防止聚結(jié)的發(fā)生。這時使用極性化合物作為助磨劑最為適當。助磨劑在物料粉碎過程中起著平衡顆粒表面的過剩價鍵的作用，避免顆粒聚結(jié)，抑制粉碎逆過程，有助于粉碎過程的進行。根據(jù)近代的材料脆斷破壞觀點，裂紋的存在和擴張導致斷裂，在被粉碎的物料中添加適量的助磨劑，吸附在裂紋上，能使裂紋表面自由能降低，能平衡裂紋表面的剩余價鍵及電荷，避免裂紋愈合，從而有利于裂紋的擴展，提高物料的易碎性。因此，助磨劑也是一種軟化劑。
(2) 助磨劑的減硬原理和反粘附效應助磨劑的減硬原理
　　 在固體粉碎過程中，周圍介質(zhì)使固體硬度降低的作用為減硬作用。這種減硬作用與腐蝕溶解或化學作用無關，其實質(zhì)是潤濕作用和吸附作用。其中，潤濕作用的實質(zhì)是界面性質(zhì)的改變，即從固氣界面變成為固液界面。在潤濕過程中，表面自由能減少，過程就有自發(fā)傾向，于是液體將容易鋪展并覆蓋整個固體表面，即將進入固體的所有允許進入的新細縫。液體進入細縫，削弱了固體晶粒之間的結(jié)合力，同時還產(chǎn)生一種擠開裂縫的作用，這樣固體的硬度就得到降低。
　　 助磨劑的反粘附效應。根據(jù)表面化學的原理，表面力的存在會使兩固體表面發(fā)生粘附效應。在粉碎過程中，粒徑越小，則粘附的影響相對越重要，如水泥熟料和石膏的粉末，當平均粒徑降低到 14μm 以下時，帖附現(xiàn)象所形成的聚集就非常嚴重。加入少量助磨劑到物料中，可使物料顆粒表面形成單分子薄膜，減少兩固體顆粒的接觸。有機表面活性劑作為水泥粉碎過程中的助磨劑，也是基于形成了單分子薄膜，可以在較大的限度內(nèi)防止粘附聚集現(xiàn)象的發(fā)生。

助磨劑的使用范圍及選擇
　　 助磨劑的使用范圍主要是球磨機的于法細磨和超細磨，目前在振動磨或輥磨 ( 立磨 ) 中也有應用。粉磨細度增加，顆粒團聚趨勢增加，助磨劑的效果也增加。在實際應用中，哪種助磨劑最適合國內(nèi)專家提出選擇助磨劑的原則：助磨劑必須無毒、無腐蝕性且無刺激性氣味，而且要質(zhì)量穩(wěn)定，最好不要受天氣及存放時間的影響，一次配制后能使用較長時間。在不改變現(xiàn)有工廠生產(chǎn)工藝、設備條件的前提下，在粉磨過程中添加微量或少量的助磨劑去影響粉碎作業(yè)中的機械力化學過程，即可改善粉磨過程，對提高粉磨敦串，降低粉磨電耗，提高水泥粉磨細度和水泥強度都能發(fā)揮積極作用，現(xiàn)已成為水泥工業(yè)中強化水泥粉磨的一種重要技術途徑。水泥生產(chǎn)企業(yè)作為一個耗能大戶，只有千方百計地實現(xiàn)節(jié)能降耗，才能緩解我國資源、能源和環(huán)境的壓力，才能確保經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

[ 應用實例 1]

減水劑對粘土可塑成型坯料的減水效果

　　碳酸鈉、硅酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉及復合減水劑對粘土可塑成型坯料的減水效果的影響。結(jié)果表明：減水劑的添加降低了粘土坯料的塑限含水率，碳酸鈉與焦磷酸鈉復合的減水劑減水效果最好，單一減水劑中碳酸鈉的減水效果最佳，利用測試泥坯塑限含水率的方法檢驗減水效果可以取得良好的對比效果。

1 前言
　　 粘土礦物是陶瓷、建筑材料等生產(chǎn)中重要的可塑性原料，粘土的加入有利于坯料成型的同時，往往伴隨著含水量升高，干燥成本增加，干燥收縮大，是可塑成型中引起產(chǎn)品開裂變形的主要原因之—。
　　 在實際生產(chǎn)過程巾，為了使坯料能適合成型及以后各工序的要求，常向坯料加入減水劑，其主要作用有：改善泥漿的流動性，使其在低水分下粘度適當便于澆注；助磨作用，縮短研磨時間，提高泥漿產(chǎn)量等。文獻大多研究添加劑的對漿料的減水、稀釋效果，而對粘土可塑成型坯料的影響研究較少，可塑成型坯料含水量減少，不僅有利于成型、減少用水、降低干燥能耗．還能減少干燥收縮，降低產(chǎn)品開裂變形缺陷，進而提高成品率，增加效益．對可塑成型的實際生產(chǎn)有重要的意義。本文通過向粘土中添加碳酸鈉、硅酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉及復合減水劑，測試了各種減水劑對粘土坯料的減水效果。確定了復合減水劑的最佳配方，同時證明利用測試泥坯塑限含水率的方法可以有效表征減水效果，且方法簡單，用料少，研究結(jié)果對粘土可塑成型的實際生產(chǎn)具有一定的指導意義。

2 實驗
2 ． 1 實驗材料
　　 實驗原料：粘土，來自廣東某地，主要化學成分 ( ％ ) ： A1 2 O 3 ， 26.36 ； SiO 2 ， 58.68 ； Fe 2 O 3 ， 0.12 ； CaO ， 0.44 ； MgO ， 0.09 ； K 2 O 、 Na 2 O ， 8.41 ；灼減， 6.42 。
　　 實驗藥品： Na 2 CO 3 ； Na 2 SiO 3 (Na 2 O19.3 ％～ 22.8 ％ ) ； (NaPO 3 ) 6 ； Na 4 P 2 O 7 · 10H 2 O 。

2 ． 2 實驗過程
　　 將粘土球磨 24h ，烘干，過篩備用。稱取一定量的粘土于燒杯中，加入水至微微流動，逐滴加入配制好的減水劑溶液，根據(jù)前期試驗結(jié)果，減水劑的加入量按干粘土比重的 0.3 ％添加，放入烘箱烘至泥團狀，捏練至不粘手，陳腐 24h 。用手搓法測泥坯塑限的方法測試泥團塑限含水量，用來表征減水效果。單一減水劑對粘土塑限含水率的影響結(jié)果見表 1 。復合減水劑的組成及減水效果見表 2 。

3 結(jié)果與討論
3 ． 1 減水劑的作用機理
　　 無機酸的鈉鹽和粘土泥漿中的絮凝離子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 進行交換，生成不溶性或溶解度極小的鹽類，將 Ca 2+ 、 Mg 2+ 原來吸附的水膜釋放出成自由水；水化度大的 Na + 使擴散增大、水化膜加厚，使外加水減少。此外，加入這類電解質(zhì)會使泥漿變成堿性，使顆粒帶負電荷，除中和正電荷外，剩余負電荷使顆粒間相互斥力加大， Zeta 電位增高，促進泥漿稀釋。

表 1 單一減水劑對粘土塑限含水率的影響

表 2 減水劑復配對粘土塑限含水率的影響

注：括號內(nèi)數(shù)字為表 1 中單一減水劑的序號

　　若粘土中含有機物質(zhì)，采用 Na 2 CO 3 、 Na 2 SiO 3 ，均可使它解凝，但二者的作用不盡相同。 Na 2 CO 3 主要使有機物質(zhì)膠體離解，離解后的 Na + 和 COO — 均能使泥漿解凝。

2R — COOH( 有機腐殖質(zhì) )+Na 2 CO 3 →
2 R － COONa+H 2 O+CO 2 ↑
R － COON a → RCO O － +N a ＋
　　 Na 2 SO 3 除提供 Na + 進行陽離子交換，聚合的 SiO 還能和有機陰離子一樣．部分與粘土吸附 Ca 2+ 、 Mg 2+ 形成穩(wěn)定的絡合物，部分吸附在粘土顆粒斷裂的界面上，加強膠粒的凈電荷。
　　 在粘土中加入六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等磷酸鹽電解質(zhì)后，均會電解出一定量的 Na+ 和聚合陰離子， Na + 和粘土表面的 Ca 2+ 發(fā)生離子交換，由于水化鈉離子的介入，增加了擴散層的厚度，提高了粘土顆粒的 Zeta 電位，同時聚合陰離子可以部分的被帶正電荷的粘土顆粒端面所吸附，使粘土端面電荷改性，打破了粘土顆粒間的由于邊—面結(jié)合形成的“卡片結(jié)構(gòu)”，釋放出部分自由水，從而起到減水作用。

3 ． 2 單一減水劑對粘土的減水效果研究
　　 從表 1 可以看出：各減水劑的加入均可以起到減水效果，原因是 Na ＋ 和粘土中的 Ca 2+ 、 Mg 2+ 離子進行交換，生成不溶性或溶解度極小的鹽類．將 Ca2 + 、 Mg 2+ 原來吸附的水膜釋放出成自由水，起到減水效果?！　追N減水劑減水效果對比來看． Na 2 CO 3 對粘土的減水效果要優(yōu)于其他幾種鈉鹽，主要由于減水劑中陰離子除了有結(jié)合 Ca 2+ 、 Mg 2+ 離子能力外，能吸附在粘土粒子的表面，陰離子的吸附能力和置換順序為：
　　 OH ＞ CO ＞ P 2 O ＞ PO ＞ I － ＞ B r － ＞ Cl － ＞ NO ＞ F － ＞ SO
　　 由上述順序可以看出， CO 置換和吸附能力強于其他陰離子，更易置換出有機質(zhì)的陰離子，解離出來的有機離子更易吸附于粘土粒子表面，形成憎水基團，起到減水的作用。因此，各減水劑的減水效果不盡相同，減水效果順序基本和上述陰離子置換能力順序一致。

3 ． 3 復合減水劑對粘土含水量的影響
　　 由表 2 復合減水劑的加入對粘土的塑限含水率的影響可以看出，復合減水劑的減水效果總體效果要優(yōu)于單一減水劑，兩種減水劑復合的效果來看， 8 號碳酸鈉與焦磷酸鈉的減水效果最顯著，三種以上的減水劑復配作用不突出，普遍的規(guī)律是含有碳酸鈉的復合減水劑的減水效果要好，這與粘土中陰離子的作用有關。
　　 復配減水劑對粘土的作用較復雜，減水劑中大量聚合陰離子在粘土顆粒的邊上發(fā)生吸附和健合。中和粘土顆粒的正電荷或增大負電性，使其與減水劑中水化能力較強的 Na + 構(gòu)成擴大雙電層，從而有效地增加了膠體的穩(wěn)定性，降低了泥漿粘度，同時粘土“卡片結(jié)構(gòu)”被破壞，顆粒充分分散。粘土顆粒外圍吸附水化膜增厚，多余的水分釋放出來，減少了加水量。

4 結(jié)論
　　 復合減水劑對粘土的減水效果整體上優(yōu)于單一減水劑，最佳的復配為碳酸鈉與焦磷酸鈉，減水可達 2.5 ％；單一減水劑中， Na 2 CO 3 的效果最好。在陽離子相同的情況下，減水劑中陰離子的作用是減水效果存在差異的主要原因。利用測試塑限含水率的方法表征減水效果可以起到良好的對比效果。