60多年來，人們一直使用水泥添加劑(或助磨劑)提高水泥粉磨過程的研磨效率。同時,為水泥制造廠降低生產成本、增加水泥產量，也改善了水泥的操作性能。最近，我們發(fā)現新一代的水泥添加劑被越來越廣泛地用于水泥的生產，它具有傳統水泥助磨劑的所有優(yōu)點，并且，還能夠改善水泥的質量。即人們所周知的“水泥質量改進助磨劑”或簡稱為“質量改進劑”。當我們在水泥中加入混合材時，如礦渣、粉煤灰、火山灰或石灰石等，發(fā)現該水泥的強度發(fā)育與純硅酸鹽水泥的強度發(fā)育有差別，為了減少這種影響，使用這種水泥添加劑,即“質量改進劑”，將會非常有利于水泥的質量。這些添加劑能夠通過增強水泥和混凝土的強度，調整水泥凝結時間和混凝土的需水量等來滿足一系列不同的需求。它們所提供的性能優(yōu)勢比普通水泥助磨劑能夠節(jié)省更多成本，例如，由于它們的使用，能夠提高混合材摻加量，能夠更大程度地降低生產成本并減少對環(huán)境的影響。本文詳細探討在水泥生產過程中使用水泥添加劑取得更大經濟效益的多種可能性。
1、水泥添加劑
水泥添加劑是水泥粉磨工藝外加劑的簡稱,通常指在研磨過程中被少量添加的化學品。根據歐洲（EN197）及美國（ASTMC465）相關標準，在水泥粉磨過程中，允許加入少于1％的“添加劑”來改善水泥粉磨工藝狀況和提高水泥質量。但對所加入的添加劑，必須要通過詳細的測試以及要符合相應的標準規(guī)定。
按照傳統理論，助磨劑的使用原則主要是考慮其助磨效果，即在保持相同細度時來增加水泥磨臺時產量。但是，隨著應用研究的深入，發(fā)現此類助磨劑具有減少磨機內物料的凝聚和糊球的效果，同時，還能夠改善入選粉機物料的分散性并可以降低研磨倉充滿程度（即影響磨內裝料量、物料流速或填隙率等）。
助磨劑的優(yōu)點和其它經濟效益如下：降低噸水泥研磨耗電量；提高磨機的生產效率；生產相同水泥時，可以減少磨機設備運轉時間；提高流動性，改善水泥操作性能。
一般來說，助磨劑對水泥的質量影響較小或可以忽略。但是，在發(fā)展助磨劑時，必須進行評估以確保其沒有負面影響，例如，是否會導致夾帶空氣或延遲凝結時間等。這些助磨劑大部分是鏈烷醇胺基和聚乙二醇基的化學品。
“質量改進劑”是一種復合水泥添加劑，是從助磨劑演變而來，從20世紀30年代就已投入使用。它具有普通助磨劑的所有功能，不同之處是還能夠改善水泥的質量。這種水泥添加劑通常利用獨特的有機或無機化合物復合而成。當此類添加劑獨立或混合使用時，它們的配方可以減少混凝土配比中對水的需求量，能夠延遲或縮短凝結時間，還可以增加水泥、混凝土早期強度或后期強度。
2、水泥添加劑的助磨性效益研究
水泥添加劑使用的經濟效益在各個地區(qū)和各個工廠差別很大，原因是各地區(qū)市場和各水泥生產企業(yè)設備的差異。水泥添加劑的使用成本，也根據添加劑的價格和達到最佳效果所要求的劑量不同而有很大的不同。但有一點是很明確的，綜合分析生產1噸水泥，所用的水泥添加劑成本要小于其提供的收益。對于這些收益，有的情況評估起來相對簡單，有的則比較麻煩。但是其重要性是相同的。
首先作為助磨劑，其效果是提高水泥磨的的生產率，降低水泥粉磨的能源消耗。其經濟性要考慮降低生產每噸水泥所消耗的用電量和電價。每噸節(jié)省的電量大小，將放在整個研磨系統中去考慮，通常包括熟料庫到水泥庫之間的所有設備。而不僅僅是只考慮磨機本身。另外，在需要更高的產量來滿足目標銷售的情況下，它能夠直接導致銷售的增加或提高生產能力以滿足高峰需求，或提供資金投資的其它選擇方案。如果一個工廠有一個以上的研磨系統，有低效磨機（每噸高能耗）和高效磨機系統（每噸低能耗），則可以最有效的使用高效磨機系統以達到最佳的勞動生產率。
關于優(yōu)化磨機使用，舉例如下，從表1至表3可以看出，某企業(yè)的2臺磨機系統,在同樣加添加劑的情況下,通過效率較高磨機的使用，生產同樣產量的水泥,每年也可以多節(jié)約用電912000kWh(比較表2和表3綜合用電),如果每度電為0.05美元計算，也就是通過優(yōu)化磨機的方法,每年多節(jié)省電費接近46000美元。
運轉時間的減少可以使企業(yè)避免在用電高峰時間使用高價能源。同時，還減少了噸水泥生產的修理和維護成本。這一點主要基于下列事實，即修理和維護成本主要和運轉時間有關，而與磨機的臺時產量變化關系并不密切。例如，1號磨機見表1和表2比較，每年節(jié)省的修理和維護費用為96000美元（見表4）。1號磨機在加與不加水泥添加劑時，同樣生產116萬t水泥，其修理和維護費用就相差96000美元，所節(jié)約的電耗共為4594000kWh（即每年229700美元）。因此，每年用243600美元的添加劑成本（假設每噸700美元，生產每噸水泥使用300g添加劑），能使每年凈節(jié)約成本82100美元。
使用添加劑的一個潛在好處是水泥操作性能的改善，可以減少水泥裝卸的時間，增加了水泥庫的儲存能力，并減少了“結塊”風險，因此，也減少了輸送及清庫費用。輸送費用可能差別很大，有的可能占到銷售價格相當的比例。研究顯示，輸送成本在短距離的情況下達到每噸8～10美元，而長距離的情況下，則可以達到每噸23～27美元（基于1993年歐洲價格水平）。“結塊”對于水泥輸送成本的意義將主要依賴于裝卸的實際材料所存在的問題。使用任何運輸方式，都有裝卸的時間因素。在有“結塊”的情況下，會導致裝卸時間的拖長，因此，也就增加了裝卸費用。在公路運輸的情況下，這可能減少每天裝貨的數量。在鐵路運輸的情況下，裝卸作業(yè)占用總送貨時間的比例更大，停車裝卸的時間越長，就會增加周轉時間，也增加了送貨費用。在水運情況下，相當的費用來自船舶航班的費率、港口費用和在港的裝卸作業(yè)費用。“結塊”的存在可能導致時間延誤，這些延誤會大量增加了各方面的成本費用。
3、水泥添加劑在質量改進上的效益研究
應用質量改進劑，對水泥的質量會有預想的改善，如，增加水泥的抗壓強度。這些水泥添加劑通常具有上面所說的“助磨劑”的所有優(yōu)點。但是，通過提高水泥的性能，也可以取得相當的經濟效益。提高水泥的這些性能，可能使水泥售價更高。例如，可以使其成為新型的優(yōu)質水泥品種；還可以將使用較少的熟料或使用劣質原材料生產出同樣質量的水泥而降低生產成本。
格雷斯建材產品公司的TDA(r)系列質量改進劑開發(fā)于20世紀70年代，當時開發(fā)的目的是使水泥生產廠家得到比普通助磨劑更多的好處。隨后，又開發(fā)出CBA(r)系列水泥添加劑，使用了特有的醇胺配方，增加了硅酸鹽成分的水化反應程度，也等于提高水泥的強度，特別是提高28天的抗壓強度。
與“助磨劑”一樣，使用此類質量改進劑的經濟優(yōu)勢也根據地區(qū)的不同相差很大?？傮w來說，使用質量改進劑會比使用“助磨劑”增加水泥的噸成本，但是，凈節(jié)約成本費用卻更大。
水泥強度和銷售價格之間的關系很復雜也很敏感。但是，在混凝土中，憑經驗可以將水泥強度與混凝土中的水泥含量聯系起來。比如，我們可以假設1MPa的水泥強度變化就相當于1立方米混凝土中6kg水泥的含量差別，水泥的銷售價格如為60美元/t，那么，如果水泥的強度下降1MPa，則混凝土生產者每立方米混凝土將有0.36美元的成本提高，那么，如果每立方米混凝土中使用300kg的水泥，就相當于在每噸水泥上，為了彌補1MPa水泥的強度下降，而增加了1.20美元/t的水泥成本。
質量改進劑最普遍地應用于生產摻有混合材的水泥中，而不是在純熟料水泥中。比如，在礦渣水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥和石灰石水泥中等。這些成分的加入對所制造出的水泥性能有很大影響，同時,也對水泥的制造成本有很大影響。混合材代替熟料的可能性要取決于他們對水泥及工藝性能的影響和相關的規(guī)定和標準。在對質量影響相對有限的情況下，使用質量改進劑的好處可以允許更多的混合材來代替熟料。這樣一來，利用低成本的原材料，就可以大大地減少了制造成本。同時，也減少了對環(huán)境的影響，也就是說，生產每噸水泥所釋放CO2的排量降低了。熟料可能被混合材取代的實際百分比要取決于混合材對水泥性能的影響程度及質量改進劑所能帶來的好處。表6說明了增加石灰石對水泥性能的典型變化。
在制造含石灰石的普通硅酸鹽水泥時，使用CBA質量改進劑，保持恒定的水泥性能，可以使石灰石增加3％～10％，這將導致大量凈成本費用。在銷售市場上，相同的給定量熟料，可以通過非熟料替代熟料來生產出更多的水泥，從而取得更多的整體利潤。
通過使用質量改進劑，也能夠使用低石灰石飽和系數的熟料來生產高性能質量的水泥，從而達到節(jié)約成本的目的(見表8)。
4、使用水泥添加劑的效益評估方法
使用水泥添加劑來降低生產成本，必須要求對該水泥廠的現有條件和實際情況進行詳細分析，同時，還要充分認識水泥添加劑的性能特點。
一般情況下，需要對所使用的水泥添加劑的成本、影響磨機臺時的生產費用和噸水泥粉磨電耗的節(jié)約情況進行直接分析。但是，在考慮用混合材來代替熟料時，則需要更詳細的分析。例如，需要了解混合材對水泥性能的影響，水泥添加劑對水泥生產工藝的影響和水泥本身性能的要求。而這一點又需要結合以往的經驗、了解相互之間的關系、進行實驗室測試和工廠評估。為了方便這些費用效益評估，格雷斯開發(fā)了一套基于EXCEL的電子數據表模型，以對使用水泥添加劑進行經濟評估。這個模型使得我們可以對使用水泥添加劑的好處進行快速評估，它包括磨機臺時產量與比表面積之間的關系，比表面積與強度的對應關系，混合材與比表面積的關系及混合材與水泥強度之間的對應關系等。
5、結論
水泥添加劑在現代水泥制造企業(yè)中扮演重要角色。它們的使用在國際水泥標準中受到重視，并且已經有了70年的使用歷史。水泥添加劑能夠提高水泥行業(yè)的最基本的利潤。例如，在增加磨機產量、降低噸水泥電耗、降低修理和維護費用、改善水泥性能、提高混合材的利用率、降低輸送成本等方面發(fā)揮重要作用，并增加水泥制造企業(yè)的利潤。用增加混合材來生產水泥更具有特別重要的意義。
由于人們越來越認識到使用水泥添加劑所能帶來的好處，所以，水泥添加劑已在世界各地得到廣泛的使用。
1、水泥添加劑
水泥添加劑是水泥粉磨工藝外加劑的簡稱,通常指在研磨過程中被少量添加的化學品。根據歐洲（EN197）及美國（ASTMC465）相關標準，在水泥粉磨過程中，允許加入少于1％的“添加劑”來改善水泥粉磨工藝狀況和提高水泥質量。但對所加入的添加劑，必須要通過詳細的測試以及要符合相應的標準規(guī)定。
按照傳統理論，助磨劑的使用原則主要是考慮其助磨效果，即在保持相同細度時來增加水泥磨臺時產量。但是，隨著應用研究的深入，發(fā)現此類助磨劑具有減少磨機內物料的凝聚和糊球的效果，同時，還能夠改善入選粉機物料的分散性并可以降低研磨倉充滿程度（即影響磨內裝料量、物料流速或填隙率等）。
助磨劑的優(yōu)點和其它經濟效益如下：降低噸水泥研磨耗電量；提高磨機的生產效率；生產相同水泥時，可以減少磨機設備運轉時間；提高流動性，改善水泥操作性能。
一般來說，助磨劑對水泥的質量影響較小或可以忽略。但是，在發(fā)展助磨劑時，必須進行評估以確保其沒有負面影響，例如，是否會導致夾帶空氣或延遲凝結時間等。這些助磨劑大部分是鏈烷醇胺基和聚乙二醇基的化學品。
“質量改進劑”是一種復合水泥添加劑，是從助磨劑演變而來，從20世紀30年代就已投入使用。它具有普通助磨劑的所有功能，不同之處是還能夠改善水泥的質量。這種水泥添加劑通常利用獨特的有機或無機化合物復合而成。當此類添加劑獨立或混合使用時，它們的配方可以減少混凝土配比中對水的需求量，能夠延遲或縮短凝結時間，還可以增加水泥、混凝土早期強度或后期強度。
2、水泥添加劑的助磨性效益研究
水泥添加劑使用的經濟效益在各個地區(qū)和各個工廠差別很大，原因是各地區(qū)市場和各水泥生產企業(yè)設備的差異。水泥添加劑的使用成本，也根據添加劑的價格和達到最佳效果所要求的劑量不同而有很大的不同。但有一點是很明確的，綜合分析生產1噸水泥，所用的水泥添加劑成本要小于其提供的收益。對于這些收益，有的情況評估起來相對簡單，有的則比較麻煩。但是其重要性是相同的。
首先作為助磨劑，其效果是提高水泥磨的的生產率，降低水泥粉磨的能源消耗。其經濟性要考慮降低生產每噸水泥所消耗的用電量和電價。每噸節(jié)省的電量大小，將放在整個研磨系統中去考慮，通常包括熟料庫到水泥庫之間的所有設備。而不僅僅是只考慮磨機本身。另外，在需要更高的產量來滿足目標銷售的情況下，它能夠直接導致銷售的增加或提高生產能力以滿足高峰需求，或提供資金投資的其它選擇方案。如果一個工廠有一個以上的研磨系統，有低效磨機（每噸高能耗）和高效磨機系統（每噸低能耗），則可以最有效的使用高效磨機系統以達到最佳的勞動生產率。
關于優(yōu)化磨機使用，舉例如下，從表1至表3可以看出，某企業(yè)的2臺磨機系統,在同樣加添加劑的情況下,通過效率較高磨機的使用，生產同樣產量的水泥,每年也可以多節(jié)約用電912000kWh(比較表2和表3綜合用電),如果每度電為0.05美元計算，也就是通過優(yōu)化磨機的方法,每年多節(jié)省電費接近46000美元。
運轉時間的減少可以使企業(yè)避免在用電高峰時間使用高價能源。同時，還減少了噸水泥生產的修理和維護成本。這一點主要基于下列事實，即修理和維護成本主要和運轉時間有關，而與磨機的臺時產量變化關系并不密切。例如，1號磨機見表1和表2比較，每年節(jié)省的修理和維護費用為96000美元（見表4）。1號磨機在加與不加水泥添加劑時，同樣生產116萬t水泥，其修理和維護費用就相差96000美元，所節(jié)約的電耗共為4594000kWh（即每年229700美元）。因此，每年用243600美元的添加劑成本（假設每噸700美元，生產每噸水泥使用300g添加劑），能使每年凈節(jié)約成本82100美元。
使用添加劑的一個潛在好處是水泥操作性能的改善，可以減少水泥裝卸的時間，增加了水泥庫的儲存能力，并減少了“結塊”風險，因此，也減少了輸送及清庫費用。輸送費用可能差別很大，有的可能占到銷售價格相當的比例。研究顯示，輸送成本在短距離的情況下達到每噸8～10美元，而長距離的情況下，則可以達到每噸23～27美元（基于1993年歐洲價格水平）。“結塊”對于水泥輸送成本的意義將主要依賴于裝卸的實際材料所存在的問題。使用任何運輸方式，都有裝卸的時間因素。在有“結塊”的情況下，會導致裝卸時間的拖長，因此，也就增加了裝卸費用。在公路運輸的情況下，這可能減少每天裝貨的數量。在鐵路運輸的情況下，裝卸作業(yè)占用總送貨時間的比例更大，停車裝卸的時間越長，就會增加周轉時間，也增加了送貨費用。在水運情況下，相當的費用來自船舶航班的費率、港口費用和在港的裝卸作業(yè)費用。“結塊”的存在可能導致時間延誤，這些延誤會大量增加了各方面的成本費用。
3、水泥添加劑在質量改進上的效益研究
應用質量改進劑，對水泥的質量會有預想的改善，如，增加水泥的抗壓強度。這些水泥添加劑通常具有上面所說的“助磨劑”的所有優(yōu)點。但是，通過提高水泥的性能，也可以取得相當的經濟效益。提高水泥的這些性能，可能使水泥售價更高。例如，可以使其成為新型的優(yōu)質水泥品種；還可以將使用較少的熟料或使用劣質原材料生產出同樣質量的水泥而降低生產成本。
格雷斯建材產品公司的TDA(r)系列質量改進劑開發(fā)于20世紀70年代，當時開發(fā)的目的是使水泥生產廠家得到比普通助磨劑更多的好處。隨后，又開發(fā)出CBA(r)系列水泥添加劑，使用了特有的醇胺配方，增加了硅酸鹽成分的水化反應程度，也等于提高水泥的強度，特別是提高28天的抗壓強度。
與“助磨劑”一樣，使用此類質量改進劑的經濟優(yōu)勢也根據地區(qū)的不同相差很大?？傮w來說，使用質量改進劑會比使用“助磨劑”增加水泥的噸成本，但是，凈節(jié)約成本費用卻更大。
水泥強度和銷售價格之間的關系很復雜也很敏感。但是，在混凝土中，憑經驗可以將水泥強度與混凝土中的水泥含量聯系起來。比如，我們可以假設1MPa的水泥強度變化就相當于1立方米混凝土中6kg水泥的含量差別，水泥的銷售價格如為60美元/t，那么，如果水泥的強度下降1MPa，則混凝土生產者每立方米混凝土將有0.36美元的成本提高，那么，如果每立方米混凝土中使用300kg的水泥，就相當于在每噸水泥上，為了彌補1MPa水泥的強度下降，而增加了1.20美元/t的水泥成本。
質量改進劑最普遍地應用于生產摻有混合材的水泥中，而不是在純熟料水泥中。比如，在礦渣水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥和石灰石水泥中等。這些成分的加入對所制造出的水泥性能有很大影響，同時,也對水泥的制造成本有很大影響。混合材代替熟料的可能性要取決于他們對水泥及工藝性能的影響和相關的規(guī)定和標準。在對質量影響相對有限的情況下，使用質量改進劑的好處可以允許更多的混合材來代替熟料。這樣一來，利用低成本的原材料，就可以大大地減少了制造成本。同時，也減少了對環(huán)境的影響，也就是說，生產每噸水泥所釋放CO2的排量降低了。熟料可能被混合材取代的實際百分比要取決于混合材對水泥性能的影響程度及質量改進劑所能帶來的好處。表6說明了增加石灰石對水泥性能的典型變化。
在制造含石灰石的普通硅酸鹽水泥時，使用CBA質量改進劑，保持恒定的水泥性能，可以使石灰石增加3％～10％，這將導致大量凈成本費用。在銷售市場上，相同的給定量熟料，可以通過非熟料替代熟料來生產出更多的水泥，從而取得更多的整體利潤。
通過使用質量改進劑，也能夠使用低石灰石飽和系數的熟料來生產高性能質量的水泥，從而達到節(jié)約成本的目的(見表8)。
4、使用水泥添加劑的效益評估方法
使用水泥添加劑來降低生產成本，必須要求對該水泥廠的現有條件和實際情況進行詳細分析，同時，還要充分認識水泥添加劑的性能特點。
一般情況下，需要對所使用的水泥添加劑的成本、影響磨機臺時的生產費用和噸水泥粉磨電耗的節(jié)約情況進行直接分析。但是，在考慮用混合材來代替熟料時，則需要更詳細的分析。例如，需要了解混合材對水泥性能的影響，水泥添加劑對水泥生產工藝的影響和水泥本身性能的要求。而這一點又需要結合以往的經驗、了解相互之間的關系、進行實驗室測試和工廠評估。為了方便這些費用效益評估，格雷斯開發(fā)了一套基于EXCEL的電子數據表模型，以對使用水泥添加劑進行經濟評估。這個模型使得我們可以對使用水泥添加劑的好處進行快速評估，它包括磨機臺時產量與比表面積之間的關系，比表面積與強度的對應關系，混合材與比表面積的關系及混合材與水泥強度之間的對應關系等。
5、結論
水泥添加劑在現代水泥制造企業(yè)中扮演重要角色。它們的使用在國際水泥標準中受到重視，并且已經有了70年的使用歷史。水泥添加劑能夠提高水泥行業(yè)的最基本的利潤。例如，在增加磨機產量、降低噸水泥電耗、降低修理和維護費用、改善水泥性能、提高混合材的利用率、降低輸送成本等方面發(fā)揮重要作用，并增加水泥制造企業(yè)的利潤。用增加混合材來生產水泥更具有特別重要的意義。
由于人們越來越認識到使用水泥添加劑所能帶來的好處，所以，水泥添加劑已在世界各地得到廣泛的使用。
