在西方國家的水泥生產(chǎn)中，有超過90％的水泥生產(chǎn)線在使用助磨劑，但在我國助磨劑還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到廣泛應(yīng)用，其原因是多方面的。有對助磨劑的認(rèn)識問題；有工藝和設(shè)備的適應(yīng)性問題；有水泥混合材的多樣性問題；當(dāng)然也有助磨劑本身的質(zhì)量問題。本文僅就助磨劑與不同混合材在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用做一探討。
一、水泥混合材及其分類在磨制水泥時，為改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級、增加水泥產(chǎn)量等而摻入的人工或天然的礦物材料，稱為水泥混合材。目前水泥企業(yè)所用的混合材中，大部分是工業(yè)廢渣。混合材按其性能不同，通常分為活性混合材和非活性混合材兩大類，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礦物質(zhì)材料，磨成細(xì)粉，加水后雖然本身可能不硬化，但與激發(fā)劑混合，加水拌和后，不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者，稱為活性混合材或水硬性混合材。常用的活性混合材有粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)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礦物質(zhì)材料經(jīng)磨成細(xì)粉，摻入水泥中僅起調(diào)節(jié)水泥性能、降低水化熱與強(qiáng)度等級、增加水泥產(chǎn)量的混合材，稱為非活性混合材或填充性混合材。對不符合技術(shù)要求的?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材及粉煤灰等均可作為非活性混合材使用。此外，如石英巖、砂巖等磨成的細(xì)粉也屬非活性混合材。
二、優(yōu)化水泥顆粒級配的技術(shù)途徑水泥的細(xì)度直接影響著水泥的凝結(jié)、水化、硬化和強(qiáng)度等一系列物理性能。水泥的篩余量越小表示水泥越細(xì)，但并不等于強(qiáng)度越高。水泥顆粒級配才是重要的指標(biāo)。最理想的狀況是：水泥中熟料的顆粒級配應(yīng)滿足最佳性能的級配要求，而<3μm 特別是<1μm 的顆粒則為混合材（或礦物摻和料），如石灰石粉、粉煤灰、礦渣粉等。這些<3μm 的細(xì)粉狀混合材填充于水泥熟料顆粒之間的空隙，使水泥顆粒的堆積趨向緊密，向F u l l e r 曲線靠攏。
1.熟料與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。由于這些混合材易磨性好，因此在水泥顆粒中，混合材的粒徑比熟料的小?？梢云谕?，共同粉磨工藝中的石灰石或粉煤灰應(yīng)該能提供更多的<3μm 顆粒，從而優(yōu)化水泥的顆粒級配。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積虛高，而讓人誤認(rèn)為優(yōu)化了水泥的顆粒級配。
2.熟料與難磨的混合材分別粉磨
比熟料難磨的混合材宜采用分別粉磨然后混合的方法。若用共同粉磨的方法，礦渣的粒徑比熟料的粗，當(dāng)水泥的比表面積為350m2/kg 時，礦渣的比表面積只有230～280m2/kg 。因此要分別粉磨。
3.正確使用助磨劑優(yōu)化水泥顆粒級配
分別粉磨可以較好地解決不同材料的易磨性問題，但要投資相關(guān)設(shè)備，對中小水泥企業(yè)并不是最佳的方案。而助磨劑對熟料、混合材結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分有選擇性和適應(yīng)性，因此要及時調(diào)整助磨劑的配方，以解決不同混合材的易磨性問題。
三、激發(fā)混合材活性的方法
常用的具有潛在活性的混合材，有粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合材和粉煤灰等。目前常采用物理激活、化學(xué)激活和熱激活等方法來激發(fā)混合材的活性。
1.物理激活
物理激活也稱機(jī)械激活，在粉煤灰、礦渣、煤矸石等處理方面具有很好的效果。通過超細(xì)粉磨混合材，使其顆粒變得很小,不僅可填充硬化結(jié)構(gòu)的毛細(xì)孔，起到密實(shí)增強(qiáng)的作用，而且還能增加混合材的比表面積；同時，其顆粒表面出現(xiàn)錯位、點(diǎn)缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷，氧化硅和氧化鋁的無定形程度增加，顆粒表面自由能增加，從而提高了活性。它可以極快的速度消耗氫氧化鈣和石膏，促進(jìn)混合材與水泥水化產(chǎn)物的二次反應(yīng)，使生成的水化產(chǎn)物增加，因而提高了強(qiáng)度。
2.化學(xué)激活化學(xué)激活是在混合材中填加微量的激發(fā)物質(zhì)，激發(fā)物質(zhì)中的N a+、O H-、S O4-等在機(jī)械化學(xué)力的強(qiáng)化改性下，在粉體表面可形成一定的表面活性點(diǎn)。在水泥水化過程中，這些活性點(diǎn)優(yōu)先參與水化反應(yīng)，與其他顆?；蚣闲纬删植亢更c(diǎn)，使其參與并加速混合材與水泥水化產(chǎn)物的二次反應(yīng)，加快加固混凝土漿體早期強(qiáng)度構(gòu)架的形式。常用的化學(xué)激發(fā)劑有兩類：堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑。
四、復(fù)合型助磨劑在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用
復(fù)合型助磨劑是一種既可以起助磨作用又能夠提高水泥強(qiáng)度的雙重功效型助磨劑。從水泥制造的工藝角度考慮，由于復(fù)合型助磨劑在水泥中的摻量很小，它在水泥制品中的分散均勻度就會受到影響。為減小這種影響，只有從水泥粉磨系統(tǒng)中加入是最佳選擇。這是因?yàn)椋阂环矫?，水泥顆粒在比表面積增大過程中也發(fā)生了一定的物理化學(xué)變化，這些變化有利于化學(xué)激發(fā)物質(zhì)與其表面發(fā)生活化反應(yīng)，激發(fā)出水泥顆粒潛在的水化活性。在粉磨過程中，磨內(nèi)溫度高達(dá)上百攝氏度，因此，在相同的熱力活化機(jī)制、相同的粉磨時間條件下，采用“先混后磨”的粉磨方式優(yōu)于“先磨后混”；另一方面，助磨劑在水泥粉磨過程中有利于均勻分散在水泥成品中，這些都比在混凝土攪拌中加入激發(fā)物質(zhì)要好。
復(fù)合型助磨劑能有效提高選粉機(jī)產(chǎn)量，而成品水泥細(xì)度是其直接的質(zhì)量指標(biāo)之一。對閉路系統(tǒng)，如果出磨水泥細(xì)度太粗，勢必會導(dǎo)致循環(huán)負(fù)荷率過大，增大選粉機(jī)的壓力。此外，選粉機(jī)的臨界分離粒徑是以80μｍ 界定的，它不可能改變小于此粒徑的各粒度級別的含量。如果入磨物料的含水率與溫度過高，極易使水泥粉磨出現(xiàn)包球、糊磨現(xiàn)象，磨細(xì)的物料黏附在大顆粒料上，選粉機(jī)無法充分分離細(xì)物料，造成過粉磨。這種情況在高細(xì)粉磨和超細(xì)粉磨中經(jīng)常出現(xiàn)，而采用復(fù)合型助磨劑是解決以上問題的最佳辦法。
熟料與易磨性好的混合材共同粉磨，易造成過粉磨。相關(guān)研究提示：在42.5等級水泥中每摻1％石灰石，比表面積應(yīng)增加50m2/kg ，當(dāng)摻量達(dá)5％時，會虛增250m2/kg ；實(shí)際上，要達(dá)到P ·Ⅱ42.5標(biāo)準(zhǔn)，水泥的比表面積應(yīng)達(dá)415m2/kg 。共同粉磨，因石灰石易磨性好，先于熟料磨細(xì)，其細(xì)粒包糊在熟料細(xì)粒表面，阻礙熟料粉磨。為了補(bǔ)償摻加混合材造成的水泥強(qiáng)度損失，傳統(tǒng)工藝只得采用過粉磨的辦法，而采用復(fù)合型助磨劑則是解決該問題的最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的辦法。
當(dāng)前，很多水泥企業(yè)所用的助磨劑主要起增產(chǎn)作用，但隨著水泥行業(yè)混合材使用量的增大及現(xiàn)已執(zhí)行的國家通用水泥新標(biāo)準(zhǔn)中取消普通硅酸鹽32.5等級水泥之后，水泥廠的生產(chǎn)成本上升。因此，在不改變現(xiàn)有工藝條件的情況下，一種既能提高磨機(jī)產(chǎn)量又能提高混合材摻量或水泥強(qiáng)度的助磨劑，對水泥制造企業(yè)來說非常急需。而復(fù)合型助磨劑在提高臺時產(chǎn)量、改善水泥顆粒級配、激發(fā)混合材活性、提高水泥強(qiáng)度等方面，都具有獨(dú)到功效，正是水泥制造企業(yè)所急需的高科技產(chǎn)品。特別要說明的是，只有根據(jù)不同的熟料及不同的混合材成分、配比，及時調(diào)整助磨劑的配方，才能發(fā)揮助磨劑的最佳效果，使水泥生產(chǎn)企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
一、水泥混合材及其分類在磨制水泥時，為改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級、增加水泥產(chǎn)量等而摻入的人工或天然的礦物材料，稱為水泥混合材。目前水泥企業(yè)所用的混合材中，大部分是工業(yè)廢渣。混合材按其性能不同，通常分為活性混合材和非活性混合材兩大類，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礦物質(zhì)材料，磨成細(xì)粉，加水后雖然本身可能不硬化，但與激發(fā)劑混合，加水拌和后，不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者，稱為活性混合材或水硬性混合材。常用的活性混合材有粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)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礦物質(zhì)材料經(jīng)磨成細(xì)粉，摻入水泥中僅起調(diào)節(jié)水泥性能、降低水化熱與強(qiáng)度等級、增加水泥產(chǎn)量的混合材，稱為非活性混合材或填充性混合材。對不符合技術(shù)要求的?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材及粉煤灰等均可作為非活性混合材使用。此外，如石英巖、砂巖等磨成的細(xì)粉也屬非活性混合材。
二、優(yōu)化水泥顆粒級配的技術(shù)途徑水泥的細(xì)度直接影響著水泥的凝結(jié)、水化、硬化和強(qiáng)度等一系列物理性能。水泥的篩余量越小表示水泥越細(xì)，但并不等于強(qiáng)度越高。水泥顆粒級配才是重要的指標(biāo)。最理想的狀況是：水泥中熟料的顆粒級配應(yīng)滿足最佳性能的級配要求，而<3μm 特別是<1μm 的顆粒則為混合材（或礦物摻和料），如石灰石粉、粉煤灰、礦渣粉等。這些<3μm 的細(xì)粉狀混合材填充于水泥熟料顆粒之間的空隙，使水泥顆粒的堆積趨向緊密，向F u l l e r 曲線靠攏。
1.熟料與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。由于這些混合材易磨性好，因此在水泥顆粒中，混合材的粒徑比熟料的小?？梢云谕?，共同粉磨工藝中的石灰石或粉煤灰應(yīng)該能提供更多的<3μm 顆粒，從而優(yōu)化水泥的顆粒級配。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積虛高，而讓人誤認(rèn)為優(yōu)化了水泥的顆粒級配。
2.熟料與難磨的混合材分別粉磨
比熟料難磨的混合材宜采用分別粉磨然后混合的方法。若用共同粉磨的方法，礦渣的粒徑比熟料的粗，當(dāng)水泥的比表面積為350m2/kg 時，礦渣的比表面積只有230～280m2/kg 。因此要分別粉磨。
3.正確使用助磨劑優(yōu)化水泥顆粒級配
分別粉磨可以較好地解決不同材料的易磨性問題，但要投資相關(guān)設(shè)備，對中小水泥企業(yè)并不是最佳的方案。而助磨劑對熟料、混合材結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分有選擇性和適應(yīng)性，因此要及時調(diào)整助磨劑的配方，以解決不同混合材的易磨性問題。
三、激發(fā)混合材活性的方法
常用的具有潛在活性的混合材，有粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合材和粉煤灰等。目前常采用物理激活、化學(xué)激活和熱激活等方法來激發(fā)混合材的活性。
1.物理激活
物理激活也稱機(jī)械激活，在粉煤灰、礦渣、煤矸石等處理方面具有很好的效果。通過超細(xì)粉磨混合材，使其顆粒變得很小,不僅可填充硬化結(jié)構(gòu)的毛細(xì)孔，起到密實(shí)增強(qiáng)的作用，而且還能增加混合材的比表面積；同時，其顆粒表面出現(xiàn)錯位、點(diǎn)缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷，氧化硅和氧化鋁的無定形程度增加，顆粒表面自由能增加，從而提高了活性。它可以極快的速度消耗氫氧化鈣和石膏，促進(jìn)混合材與水泥水化產(chǎn)物的二次反應(yīng)，使生成的水化產(chǎn)物增加，因而提高了強(qiáng)度。
2.化學(xué)激活化學(xué)激活是在混合材中填加微量的激發(fā)物質(zhì)，激發(fā)物質(zhì)中的N a+、O H-、S O4-等在機(jī)械化學(xué)力的強(qiáng)化改性下，在粉體表面可形成一定的表面活性點(diǎn)。在水泥水化過程中，這些活性點(diǎn)優(yōu)先參與水化反應(yīng)，與其他顆?；蚣闲纬删植亢更c(diǎn)，使其參與并加速混合材與水泥水化產(chǎn)物的二次反應(yīng)，加快加固混凝土漿體早期強(qiáng)度構(gòu)架的形式。常用的化學(xué)激發(fā)劑有兩類：堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑。
四、復(fù)合型助磨劑在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用
復(fù)合型助磨劑是一種既可以起助磨作用又能夠提高水泥強(qiáng)度的雙重功效型助磨劑。從水泥制造的工藝角度考慮，由于復(fù)合型助磨劑在水泥中的摻量很小，它在水泥制品中的分散均勻度就會受到影響。為減小這種影響，只有從水泥粉磨系統(tǒng)中加入是最佳選擇。這是因?yàn)椋阂环矫?，水泥顆粒在比表面積增大過程中也發(fā)生了一定的物理化學(xué)變化，這些變化有利于化學(xué)激發(fā)物質(zhì)與其表面發(fā)生活化反應(yīng)，激發(fā)出水泥顆粒潛在的水化活性。在粉磨過程中，磨內(nèi)溫度高達(dá)上百攝氏度，因此，在相同的熱力活化機(jī)制、相同的粉磨時間條件下，采用“先混后磨”的粉磨方式優(yōu)于“先磨后混”；另一方面，助磨劑在水泥粉磨過程中有利于均勻分散在水泥成品中，這些都比在混凝土攪拌中加入激發(fā)物質(zhì)要好。
復(fù)合型助磨劑能有效提高選粉機(jī)產(chǎn)量，而成品水泥細(xì)度是其直接的質(zhì)量指標(biāo)之一。對閉路系統(tǒng)，如果出磨水泥細(xì)度太粗，勢必會導(dǎo)致循環(huán)負(fù)荷率過大，增大選粉機(jī)的壓力。此外，選粉機(jī)的臨界分離粒徑是以80μｍ 界定的，它不可能改變小于此粒徑的各粒度級別的含量。如果入磨物料的含水率與溫度過高，極易使水泥粉磨出現(xiàn)包球、糊磨現(xiàn)象，磨細(xì)的物料黏附在大顆粒料上，選粉機(jī)無法充分分離細(xì)物料，造成過粉磨。這種情況在高細(xì)粉磨和超細(xì)粉磨中經(jīng)常出現(xiàn)，而采用復(fù)合型助磨劑是解決以上問題的最佳辦法。
熟料與易磨性好的混合材共同粉磨，易造成過粉磨。相關(guān)研究提示：在42.5等級水泥中每摻1％石灰石，比表面積應(yīng)增加50m2/kg ，當(dāng)摻量達(dá)5％時，會虛增250m2/kg ；實(shí)際上，要達(dá)到P ·Ⅱ42.5標(biāo)準(zhǔn)，水泥的比表面積應(yīng)達(dá)415m2/kg 。共同粉磨，因石灰石易磨性好，先于熟料磨細(xì)，其細(xì)粒包糊在熟料細(xì)粒表面，阻礙熟料粉磨。為了補(bǔ)償摻加混合材造成的水泥強(qiáng)度損失，傳統(tǒng)工藝只得采用過粉磨的辦法，而采用復(fù)合型助磨劑則是解決該問題的最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的辦法。
當(dāng)前，很多水泥企業(yè)所用的助磨劑主要起增產(chǎn)作用，但隨著水泥行業(yè)混合材使用量的增大及現(xiàn)已執(zhí)行的國家通用水泥新標(biāo)準(zhǔn)中取消普通硅酸鹽32.5等級水泥之后，水泥廠的生產(chǎn)成本上升。因此，在不改變現(xiàn)有工藝條件的情況下，一種既能提高磨機(jī)產(chǎn)量又能提高混合材摻量或水泥強(qiáng)度的助磨劑，對水泥制造企業(yè)來說非常急需。而復(fù)合型助磨劑在提高臺時產(chǎn)量、改善水泥顆粒級配、激發(fā)混合材活性、提高水泥強(qiáng)度等方面，都具有獨(dú)到功效，正是水泥制造企業(yè)所急需的高科技產(chǎn)品。特別要說明的是，只有根據(jù)不同的熟料及不同的混合材成分、配比，及時調(diào)整助磨劑的配方，才能發(fā)揮助磨劑的最佳效果，使水泥生產(chǎn)企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
