在水泥粉磨时加入的起助磨作用而又不损害水泥性能的外加剂称之为水泥助磨剂。它对于球磨机的节能高产十分有利，但社会上众说纷纭，使我们许多水泥企业对助磨剂产生疑惑，不知该加还是不该加?是“市场导向质量”的新理念不允许?还是我们某些工作没有做到位?现就该问题浅析如下。 疑惑来由 对于建筑工程来说，水泥只是半成品，它是施工所需混凝土的一个重要组分。几十年前，人们尝试用不同的外加剂来配制混凝土寥以满足各种施工条件和建筑工程技术要求的需要。当时混凝土外加剂是一个新生事物，它不仅要满足工程质量的需要，还必须根据水泥的品种、性能来进行适应性调整。经过多年的研究开发，混凝土外加剂在近十几年迅速发展，使工程质量和施工条件几乎成为无所不能。人们把外加剂称之为混凝土除水泥、砂、石、水之外的第五组分。与此同时把“混凝土外加剂对水泥的适应性”的题法变更为“水泥与混凝土外加剂的相溶性”，要求水泥出厂时不仅要符合水泥的国家标准，还要满足与建筑施工中混凝土外加剂的相溶性要求。 20世纪80年代，在上海宝钢工程建设中，使用了上海某厂的水泥，外掺木钙减水剂配制泵送混凝土时，混凝土出现了急凝现象，不能实现泵送施工，还导致了工程质量事故。 北京国宾花园工程，使用北京某厂的立窑水泥、海淀区某外加剂厂的高效复合减水剂，开始施工不错，后采有一批水泥掺同样的外加剂的混凝土发生了急凝现象，导致混凝土结构疏松，最后将浇注完成的800m3混凝土全部砸掉； 北京西客站工程是90年代北京最大的土建工程，地下结构防水混凝土达20万m3，要求掺UEA膨胀剂制备补偿收缩防水混凝土，拟用水泥8万t，原计划由几个水泥厂供应，可后来只有一个厂的水泥满足要求，其他厂的水泥与膨胀剂共同使用后强度下降，只好退出。 这样的事情，各地还发生过许多，虽然造成了一些经济损失，原因大部分已经查清，其实与水泥助磨剂没有什么关系，只是一片盲目责怪水泥外加剂的呼声，应运而生。水泥与混凝土外加剂相溶性的问题是一个比较复杂的技术问题，不是无法解决的难题。只要认真对待、依靠科研、检测部门，是完全可以克服的。如：宝钢工程是由于水泥厂在水泥粉磨时加入的硬石膏，其溶解速度很慢，与减水剂木钙粉(木质素磺酸钙)不适应而引起的混凝土质量问题；北京国宾花园工程使用的水泥是合格的，混凝土外加剂也是合格的，只是水泥中的二水石膏掺量不够，再增加0．5％—1％，就得到良好性能的砂浆和混凝土。 混凝土耐久性若干问题 混凝土在环境和介质的长期作用下，强度、形体和内部结构等都会发生某些变化，但不至于使其开裂、变形和损坏，这样的混凝土就被认为具有耐久性。对混凝土除要求具有一定的强度安全承受载荷外，还应具有耐久性，如抗渗、抗冻、耐磨、耐热、耐风化等。混凝土耐久性是一个综合性的技术指标，根据其使用条件及所处环境，着重对其中某方面作出评价，是保证建筑工程百年大计的重要环节。 碱一集料反应 混凝土中水泥石细孔溶液中的碱与集料中的碱活性组分发生化学反应，在集料表面上生成一层复杂的硅酸碱盐凝胶等物质，凝胶吸水膨胀，造成集料与水泥石界面胀裂，粘结强度下降，严重时使混凝土结构破坏，该现象称之为“碱一集料反应”。此反应可分为碱一硅氧反应、碱一硅酸盐反应和碱一碳酸盐反应。产生反应的三个基本条件是：水泥、含碱外加剂及环境中提供的碱(Na20、K20)含量较多；集料中含有碱活性组分，如蛋白石等；混凝土长期处于潮湿环境中，三个条件缺一不可。防止碱一集料反应的有效措施很多，首先是选用含碱量低的水泥，折合当量Na20含量<0．6％；严禁使用含有蛋白石等碱活性组分的集料；掺天然沸石、粉煤灰等对碱一集料反应有抑制作用的混合材料等。 钢筋锈蚀 钢筋锈蚀是广泛存在的一种混凝土被破坏的现象。锈蚀是一个电化学过程，在钢筋混凝土中，由于组成与结构的差异，某些区域带正电，另一些区域带负电；在孔溶液PH值>11．5且无C1-存在时，阳极反应使Fe氧化生成Fe304，会在钢筋表面形成一层薄而致密的氧化铁保护膜(钝化膜)。它抑制了锈蚀反应的继续进行，钢筋得以保护。当PH值<11．5的时候，形成的氧化铁和氢氧化铁呈疏松状，不但起不到保护作用而且会产生体积膨胀，使混凝土破坏、助长锈蚀。当有Cl-存在时，即使PH值高，钝化膜也会局部破裂，铁表面的暴露部分变成阳极，未受影响的部位成为阴极，形成了电池；由于暴露部分面积小，电流密度大，在该处产生局部铁锈陷斑，PH值下降，逐步加速腐蚀。C1一般来自防冻剂、早强剂CaCl2，海水或含Cl-集料。在配制混凝土时，给钢筋表面涂防锈有机物质保护或加入适量的阻锈剂如：Ca(NO2)2等，可以防止钢筋锈蚀。 急凝、缓凝和假凝 水泥从加水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到较致密的固体状态所需要的时间叫做凝结时间。凝结时间分初凝和终凝。初凝是指水泥拌水到水泥浆开始失去可塑性的时间；终凝是指从水泥拌水到水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。 急凝又称瞬凝。其特征是：水泥拌水后，水泥浆很快地凝结成为一种很粗糙、非塑性的混合物，并能放出大量的热，这样一来砂浆或混凝土会使施工发生困难，并显著降低混凝土强度。急凝主要是水泥熟料中C3A含量高，水泥中石膏掺加量不足，或以溶解速度较慢的硬石膏代替溶解速度较快的二水石膏，与减水剂不相溶而引起的。另外，熟料或水泥中碱含量高或游离钙过高、水泥过细等都应该加大石膏掺量，以有效地防止混凝土急凝。 缓凝是水泥拌水后凝结时间很慢(终凝>12h)或即使凝结也不硬化，几乎没有强度。产生缓凝的原因主要是水泥粉磨细度过粗；熟料中C3S、C3A含量过少，而C2A含量过高；配制混凝土时加水量过多或养护温度过低等等。根据以上情况，为保证凝结时间正常，主要应从水泥生产过程控制方面人手。如：合理配料、正常煅烧、严格控制熟料矿物组成和碱含量，以及水泥粉磨细度和石膏掺量。 假凝是水泥的一种不正常的早期固化，发生在水泥加水拌和的头几分钟内。假凝不产生大量热量，而且经继续搅拌水泥浆又可恢复塑性，并达到正常凝结，除给施工带来不利外，对强度没有影响。发生假凝的主要原因是：水泥粉磨时，磨内通风不良、磨内温度过高，使二水石膏脱水生成溶解度较小的半水石膏或无水石膏。这两种石膏遇水后，立即转化为二水石膏，并析出晶体，在水泥浆中形成二水石膏结构网，从而引起水泥浆的固化；经过再次搅拌后，二水石膏结构网被破坏，水泥浆又可以恢复塑性。 起砂与脱皮 建筑施工中出现“起砂”现象，一般是由于使用了高掺量矿渣水泥、火山灰水泥、钢渣无熟料水泥等施工不当而引起的。因为这些水泥中熟料成分较少，在水泥水化时其液相中Ca(OH)2的浓度比硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥低，其配制的混凝土和砂浆表面层的Ca(OH)2浓度甚至低到在碱性激发作用后，还不能使表面硬化，在混凝土制品内部硬化后，就会引起构件表面起砂，严重时还会导致表面脱皮。水泥水化时空气中的C02与凝胶中的Ca(OH)2作用生成CaC03，此现象称之为“碳化反应”，从而使混凝土和砂浆表面碱度降低，使水泥不能很好地硬化；此外，混凝土和砂浆用水量过多而发生泌水现象，加之养护不当，成型后过早浇水，也会引起起砂现象；已硬化的砂浆和混凝土经常受到风吹日晒、干湿循环和碳化作用等也会造成起砂。为了避免和减轻表面起砂现象，最好使用新制成出厂的合格水泥，不要使用存放期过长的少熟料水泥：同时严格控制施工工艺，合理加强养护，并在凝结前后进行二次压面，以提高其表面的密实度。 助磨剂组成与作用原理 在物料被粉磨的过程中，当颗粒粒径减小到微米级后，质量处于均匀、缺陷减少、强度和硬度增加，易磨性恶化；同时，因比表面积及表面能显著增大，微细颗粒相互结团聚集趋势明显增强。如果不采取一定的工艺措施，就会引起粉磨效率下降、单产电耗将明显升高。尤其是我国实施水泥新标准后，强度指标和细度要求都有所提高，这就使助磨剂更加引起广大水泥企业的关注。 按使用时的状态分，助磨剂可以分为：固体、液体和气体助磨剂。固体助磨剂有：硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、胶体石墨、炭黑、粉煤灰、石膏等；液体助磨剂有：有机硅、三乙醇胺、乙二醇；丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸盐等；气体助磨剂有：蒸气状的极性物质(丙酮、硝基甲烷、甲醇、水蒸气)，以及非极性物质(四氯化碳)等。按化学结构助磨剂可以分为三类：聚合无机盐、聚合有机盐及复合化合物。在国外助磨剂的应用十分普遍，95％的水泥磨机都使用助磨剂。在国内有些水泥厂，以前也使用过助磨剂，如：三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、石油酸钠皂等一类化工厂下脚料，但由于来源短缺、价格增涨，渐渐停用。近年来，国外一些公司进入了国内市场，国内各地外加剂厂也纷纷兴起，为助磨剂的应用，又开创了一个更新的局面。添加助磨剂的目的是为了改善物料的易磨性，减轻颗粒之间的粘聚结团作用，消除微细颗粒糊球糊衬板现象，提高磨机内物料的流动性，从而实现球磨机节能高产的目标。因此，关于助磨剂的作用原理主要有两种观点： (1)助磨剂在固体颗粒表面上的吸附，改变了颗粒表面的结构性质，降低了颗粒的强度和硬度，同时阻止了新生裂纹的闭合，加速物料裂纹的扩展。 (2)当物料粉碎磨细到一定细度时，颗粒之间、颗粒与研磨介质问会聚集、粘附形成包壳。助磨剂能迅速地消除或减弱颗粒与颗粒、颗粒与研磨介质间的聚集和粘附，提高粉磨效率。 水泥助磨剂的应用 我国新颁布的水泥国家标准，GBl75—1999、GBl344—1999、GBl2958—1999都明确规定：“水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量不得超过水泥质量的1％，助磨剂须符合JC／T667的规定。”这个规定强调了两个层面：一是水泥粉磨时允许加入助磨剂；二是加助磨剂不能以牺牲水泥性能和混凝土耐久性为代价，这是一个最基本的原则。现代混凝土生产工艺对水泥的颗粒分布情况、碱和氯离子含量、石膏品种及状态、熟料矿物组成等问题都十分敏感。如何很好地解决这些问题，使水泥生产既能低成本运行，又能使出厂水泥具有良好的使用性能，这是每一个水泥企业必须认真对待的问题。除了加强对每一个生产工艺环节严格管理之外，在选用助磨剂时应该注意以下事项。 水泥助磨剂必须符合国家建材行业标准要求 建材行业标准JC／T667—1997是评定水泥粉磨用的工艺外加剂能否用于水泥生产的技术依据。该标准规定了水泥粉磨用工艺外加剂对水泥及混凝土性能允许的影响范围及要求、试验方法和评定准则等。水泥企业选用助磨剂时，一定要对外加剂生产厂家的生产许可证、产品检验合格证进行确认：签发证件单位是否通过国家认证资格?检验报告内容是否符号建材行业标准JC／T667—1997的要求?这是确定选用哪种助磨剂的首要条件。 考虑入磨物料性质，进行小磨比较试验 由助磨剂机理所决定，助磨剂对物料的适应性各有差异。一方面对于同一种物料，有多种助磨剂可供选用，但必有一种助磨效果最好；另一方面助磨剂的作用也具有选择性，即对某种物料可能是有效助磨作用，对于另一种物料可能没有助磨作用，甚至起阻磨作用。因此，在选用助磨剂时，要根据本企业生产中的具体情况，人磨物料的性质和要求的技术条件，先进行小磨试验；然后优选方案到大磨实施。 使用助磨剂后注意粉磨工艺参数调整 助磨剂除了对物料适应性、助磨功能不同之外，对干法磨、湿法磨、开流磨、圈流磨、烘干磨等使用的要求都不一样，需要在试验、使用中认真记录、跟踪调节粉磨工艺参数，均衡球磨机各仓粉磨能力，达到最佳节能高产效果。 一般来说，使用助磨剂后，最明显的变化是粉磨速度加快、物料在磨内停留时间缩短。另一个变化是由于助磨剂不同程度的碱性激发或硫酸盐激发作用，使熟料矿物和混合材活性增加，导致水泥强度提高。对于开流球磨机应该增加磨头喂料量或混合材掺加量，来控制、稳定磨内物料流速，以达到出磨水泥细度合格和磨机低成本高产的双赢。对于圈流球磨机则应该认真监控选粉机成品量与粗粉回料量的变化。如果成品量没有提高而回料量增加，必须马上停磨，并调整前后仓研磨体级配和填充率，分析比较助磨剂使用前后的工况变化，控制、延长物料在磨内停留时间，使出磨物料细度降下来；在保持成品细度合格的前提下，适当提高选粉机转子主轴转速，实现圈流磨系统高产平衡。如果成品量增加、回料量减少，表明系统运转基本正常，可以逐步增加磨头喂料量或混合材掺加量，实现进一步的低成本高产的磨机生产平衡。 重视出厂水泥的混凝土试验 水泥质量的稳定可靠，是建筑工程质量百年大计的基本保证。企业的质量管理行为，不是你认为应该怎么干就怎么干，而是根据市场和用户要求的质量，你就必须要这样干。由于助磨剂组成的多元化和工作机理复杂性，我们既为它带来的经济效益而高兴，又必须为它给通用水泥引起变化的随机性承担责任。有条件的企业，应该在水泥出厂前，根据用户施工要求，增加混凝土试验项目；没有混凝土试验仪器设备的企业，在选择助磨剂供货单位时，应该优先选择具备混凝土试验服务能力的外加剂厂合作。不仅保证自己的出厂水泥合格率100％，而且提前对施工单位的混凝土外加剂与本企业水泥的相溶性进行研究和试验；作到对用户负责，使水泥质量和现场施工使用性能适应混凝土技术条件的要求，确保工程质量万无一失。 助磨剂必须满足环保要求 价位是市场竞争的重要环节，要给水泥企业带来更多的经济效益，外加剂生产厂自己首先要降低制造成本。因此，许多外加剂都是利用化工厂的下脚料和工业废渣来复合配制的，难免在外加剂里残留一些不利于环境保护的物质。水泥企业在选用助磨剂时，对其环保质量必须引起重视，不要被低价位所迷惑，要保证使用的助磨剂不污染环境，不危害员工身体健康。在存放、搬运过程中应制定相应的安全防范措施；在添加使用的生产线上，应采用准确可靠的非接触性计量设备；既满足控制技术的配比精度要求，又实现清洁生产的工作环境。 助磨剂应用技术已经给许多水泥企业带来明显的经济效益。使用助磨剂后，球磨机增产幅度一般可达15％～30％；单产电耗可下降6～l0kWh/t；吨水泥生产成本可减少3～10元。只要我们正确选择和使用适合于本企业实际情况和生产条件的合格助磨剂产品，认真执行国家标准和建材行业标准，严格控制出厂水泥质量及其使用性能，就一定能走出对水泥助磨剂疑惑的误区，取得球磨机优质、节能、高产的效果。 |
