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稱之為水泥助磨劑。它對于球磨機(jī)的節(jié)能高產(chǎn)十分有利，但社會上眾說紛紜，使我們許多水泥企業(yè)對助磨劑產(chǎn)生疑惑，不知該加還是不該加?是“市場導(dǎo)向質(zhì)量”的新理念不允許?還是我們某些工作沒有做到位?現(xiàn)就該問題淺析如下。
疑惑來由 對于建筑工程來說，水泥只是半成品，它是施工所需混凝土的一個重要組分。幾十年前，人們嘗試用不同的外加劑來配制混凝土寥以滿足各種施工條件和建筑工程技術(shù)要求的需要。當(dāng)時混凝土外加劑是一個新生事物，它不僅要滿足工程質(zhì)量的需要，還必須根據(jù)水泥的品種、性能來進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，混凝土外加劑在近十幾年迅速發(fā)展，使工程質(zhì)量和施工條件幾乎成為無所不能。人們把外加劑稱之為混凝土除水泥、砂、石、水之外的第五組分。與此同時把“混凝土外加劑對水泥的適應(yīng)性”的題法變更為“水泥與混凝土外加劑的相溶性”，要求水泥出廠時不僅要符合水泥的國家標(biāo)準(zhǔn)，還要滿足與建筑施工中混凝土外加劑的相溶性要求。
20世紀(jì)80年代，在上海寶鋼工程建設(shè)中，使用了上海某廠的水泥，外摻木鈣減水劑配制泵送混凝土?xí)r，混凝土出現(xiàn)了急凝現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)泵送施工，還導(dǎo)致了工程質(zhì)量事故。 北京國賓花園工程，使用北京某廠的立窯水泥、海淀區(qū)某外加劑廠的高效復(fù)合減水劑，開始施工不錯，后采有一批水泥摻同樣的外加劑的混凝土發(fā)生了急凝現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)疏松，最后將澆注完成的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，地下結(jié)構(gòu)防水混凝土達(dá)20萬m3，要求摻UEA膨脹劑制備補(bǔ)償收縮防水混凝土，擬用水泥8萬t，原計劃由幾個水泥廠供應(yīng)，可后來只有一個廠的水泥滿足要求，其他廠的水泥與膨脹劑共同使用后強(qiáng)度下降，只好退出。 這樣的事情，各地還發(fā)生過許多，雖然造成了一些經(jīng)濟(jì)損失，原因大部分已經(jīng)查清，其實(shí)與水泥助磨劑沒有什么關(guān)系，只是一片盲目責(zé)怪水泥外加劑的呼聲，應(yīng)運(yùn)而生。水泥與混凝土外加劑相溶性的問題是一個比較復(fù)雜的技術(shù)問題，不是無法解決的難題。只要認(rèn)真對待、依靠科研、檢測部門，是完全可以克服的。如：寶鋼工程是由于水泥廠在水泥粉磨時加入的硬石膏，其溶解速度很慢，與減水劑木鈣粉(木質(zhì)素磺酸鈣)不適應(yīng)而引起的混凝土質(zhì)量問題；北京國賓花園工程使用的水泥是合格的，混凝土外加劑也是合格的，只是水泥中的二水石膏摻量不夠，再增加0．5％—1％，就得到良好性能的砂漿和混凝土。 混凝土耐久性若干問題 混凝土在環(huán)境和介質(zhì)的長期作用下，強(qiáng)度、形體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等都會發(fā)生某些變化，但不至于使其開裂、變形和損壞，這樣的混凝土就被認(rèn)為具有耐久性。對混凝土除要求具有一定的強(qiáng)度安全承受載荷外，還應(yīng)具有耐久性，如抗?jié)B、抗凍、耐磨、耐熱、耐風(fēng)化等�；炷聊途眯允且粋�綜合性的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)其使用條件及所處環(huán)境，著重對其中某方面作出評價，是保證建筑工程百年大計的重要環(huán)節(jié)。
堿一集料反應(yīng) 混凝土中水泥石細(xì)孔溶液中的堿與集料中的堿活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在集料表面上生成一層復(fù)雜的硅酸堿鹽凝膠等物質(zhì)，凝膠吸水膨脹，造成集料與水泥石界面脹裂，粘結(jié)強(qiáng)度下降，嚴(yán)重時使混凝土結(jié)構(gòu)破壞，該現(xiàn)象稱之為“堿一集料反應(yīng)”。此反應(yīng)可分為堿一硅氧反應(yīng)、堿一硅酸鹽反應(yīng)和堿一碳酸鹽反應(yīng)。產(chǎn)生反應(yīng)的三個基本條件是：水泥、含堿外加劑及環(huán)境中提供的堿(Na20、K20)含量較多；集料中含有堿活性組分，如蛋白石等；混凝土長期處于潮濕環(huán)境中，三個條件缺一不可。防止堿一集料反應(yīng)的有效措施很多，首先是選用含堿量低的水泥，折合當(dāng)量Na20含量<0．6％；嚴(yán)禁使用含有蛋白石等堿活性組分的集料；摻天然沸石、粉煤灰等對堿一集料反應(yīng)有抑制作用的混合材料等。
鋼筋銹蝕 鋼筋銹蝕是廣泛存在的一種混凝土被破壞的現(xiàn)象。銹蝕是一個電化學(xué)過程，在鋼筋混凝土中，由于組成與結(jié)構(gòu)的差異，某些區(qū)域帶正電，另一些區(qū)域帶負(fù)電；在孔溶液PH值>11．5且無C1-存在時，陽極反應(yīng)使Fe氧化生成Fe304，會在鋼筋表面形成一層薄而致密的氧化鐵保護(hù)膜(鈍化膜)。它抑制了銹蝕反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，鋼筋得以保護(hù)。當(dāng)PH值<11．5的時候，形成的氧化鐵和氫氧化鐵呈疏松狀，不但起不到保護(hù)作用而且會產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土破壞、助長銹蝕。當(dāng)有Cl-存在時，即使PH值高，鈍化膜也會局部破裂，鐵表面的暴露部分變成陽極，未受影響的部位成為陰極，形成了電池；由于暴露部分面積小，電流密度大，在該處產(chǎn)生局部鐵銹陷斑，PH值下降，逐步加速腐蝕。C1一般來自防凍劑、早強(qiáng)劑CaCl2，海水或含Cl-集料。在配制混凝土?xí)r，給鋼筋表面涂防銹有機(jī)物質(zhì)保護(hù)或加入適量的阻銹劑如：Ca(NO2)2等，可以防止鋼筋銹蝕。
急凝、緩凝和假凝 水泥從加水開始到失去流動性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到較致密的固體狀態(tài)所需要的時間叫做凝結(jié)時間。凝結(jié)時間分初凝和終凝。初凝是指水泥拌水到水泥漿開始失去可塑性的時間；終凝是指從水泥拌水到水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的時間。
急凝又稱瞬凝。其特征是：水泥拌水后，水泥漿很快地凝結(jié)成為一種很粗糙、非塑性的混合物，并能放出大量的熱，這樣一來砂漿或混凝土?xí)故┕ぐl(fā)生困難，并顯著降低混凝土強(qiáng)度。急凝主要是水泥熟料中C3A含量高，水泥中石膏摻加量不足，或以溶解速度較慢的硬石膏代替溶解速度較快的二水石膏，與減水劑不相溶而引起的。另外，熟料或水泥中堿含量高或游離鈣過高、水泥過細(xì)等都應(yīng)該加大石膏摻量，以有效地防止混凝土急凝。
緩凝是水泥拌水后凝結(jié)時間很慢(終凝>12h)或即使凝結(jié)也不硬化，幾乎沒有強(qiáng)度。產(chǎn)生緩凝的原因主要是水泥粉磨細(xì)度過粗；熟料中C3S、C3A含量過少，而C2A含量過高；配制混凝土?xí)r加水量過多或養(yǎng)護(hù)溫度過低等等。根據(jù)以上情況，為保證凝結(jié)時間正常，主要應(yīng)從水泥生產(chǎn)過程控制方面人手。如：合理配料、正常煅燒、嚴(yán)格控制熟料礦物組成和堿含量，以及水泥粉磨細(xì)度和石膏摻量。 假凝是水泥的一種不正常的早期固化，發(fā)生在水泥加水拌和的頭幾分鐘內(nèi)。假凝不產(chǎn)生大量熱量，而且經(jīng)繼續(xù)攪拌水泥漿又可恢復(fù)塑性，并達(dá)到正常凝結(jié)，除給施工帶來不利外，對強(qiáng)度沒有影響。發(fā)生假凝的主要原因是：水泥粉磨時，磨內(nèi)通風(fēng)不良、磨內(nèi)溫度過高，使二水石膏脫水生成溶解度較小的半水石膏或無水石膏。這兩種石膏遇水后，立即轉(zhuǎn)化為二水石膏，并析出晶體，在水泥漿中形成二水石膏結(jié)構(gòu)網(wǎng)，從而引起水泥漿的固化；經(jīng)過再次攪拌后，二水石膏結(jié)構(gòu)網(wǎng)被破壞，水泥漿又可以恢復(fù)塑性。 起砂與脫皮 建筑施工中出現(xiàn)“起砂”現(xiàn)象，一般是由于使用了高摻量礦渣水泥、火山灰水泥、鋼渣無熟料水泥等施工不當(dāng)而引起的。因?yàn)檫@些水泥中熟料成分較少，在水泥水化時其液相中Ca(OH)2的濃度比硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥低，其配制的混凝土和砂漿表面層的Ca(OH)2濃度甚至低到在堿性激發(fā)作用后，還不能使表面硬化，在混凝土制品內(nèi)部硬化后，就會引起構(gòu)件表面起砂，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致表面脫皮。水泥水化時空氣中的C02與凝膠中的Ca(OH)2作用生成CaC03，此現(xiàn)象稱之為“碳化反應(yīng)”，從而使混凝土和砂漿表面堿度降低，使水泥不能很好地硬化；此外，混凝土和砂漿用水量過多而發(fā)生泌水現(xiàn)象，加之養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，成型后過早澆水，也會引起起砂現(xiàn)象；已硬化的砂漿和混凝土經(jīng)常受到風(fēng)吹日曬、干濕循環(huán)和碳化作用等也會造成起砂。為了避免和減輕表面起砂現(xiàn)象，最好使用新制成出廠的合格水泥，不要使用存放期過長的少熟料水泥：同時嚴(yán)格控制施工工藝，合理加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，并在凝結(jié)前后進(jìn)行二次壓面，以提高其表面的密實(shí)度。
助磨劑組成與作用原理 在物料被粉磨的過程中，當(dāng)顆粒粒徑減小到微米級后，質(zhì)量處于均勻、缺陷減少、強(qiáng)度和硬度增加，易磨性惡化；同時，因比表面積及表面能顯著增大，微細(xì)顆粒相互結(jié)團(tuán)聚集趨勢明顯增強(qiáng)。如果不采取一定的工藝措施，就會引起粉磨效率下降、單產(chǎn)電耗將明顯升高。尤其是我國實(shí)施水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，強(qiáng)度指標(biāo)和細(xì)度要求都有所提高，這就使助磨劑更加引起廣大水泥企業(yè)的關(guān)注。
按使用時的狀態(tài)分，助磨劑可以分為：固體、液體和氣體助磨劑。固體助磨劑有：硬脂酸鹽類、膠體二氧化硅、膠體石墨、炭黑、粉煤灰、石膏等；液體助磨劑有：有機(jī)硅、三乙醇胺、乙二醇；丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸鹽等；氣體助磨劑有：蒸氣狀的極性物質(zhì)(丙酮、硝基甲烷、甲醇、水蒸氣)，以及非極性物質(zhì)(四氯化碳)等。按化學(xué)結(jié)構(gòu)助磨劑可以分為三類：聚合無機(jī)鹽、聚合有機(jī)鹽及復(fù)合化合物。在國外助磨劑的應(yīng)用十分普遍，95％的水泥磨機(jī)都使用助磨劑。在國內(nèi)有些水泥廠，以前也使用過助磨劑，如：三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、石油酸鈉皂等一類化工廠下腳料，但由于來源短缺、價格增漲，漸漸停用。近年來，國外一些公司進(jìn)入了國內(nèi)市場，國內(nèi)各地外加劑廠也紛紛興起，為助磨劑的應(yīng)用，又開創(chuàng)了一個更新的局面。添加助磨劑的目的是為了改善物料的易磨性，減輕顆粒之間的粘聚結(jié)團(tuán)作用，消除微細(xì)顆粒糊球糊襯板現(xiàn)象，提高磨機(jī)內(nèi)物料的流動性，從而實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)節(jié)能高產(chǎn)的目標(biāo)。因此，關(guān)于助磨劑的作用原理主要有兩種觀點(diǎn)： (1)助磨劑在固體顆粒表面上的吸附，改變了顆粒表面的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，降低了顆粒的強(qiáng)度和硬度，同時阻止了新生裂紋的閉合，加速物料裂紋的擴(kuò)展。
(2)當(dāng)物料粉碎磨細(xì)到一定細(xì)度時，顆粒之間、顆粒與研磨介質(zhì)問會聚集、粘附形成包殼。助磨劑能迅速地消除或減弱顆粒與顆粒、顆粒與研磨介質(zhì)間的聚集和粘附，提高粉磨效率。 水泥助磨劑的應(yīng)用 我國新頒布的水泥國家標(biāo)準(zhǔn)，GBl75—1999、GBl344—1999、GBl2958—1999都明確規(guī)定：“水泥粉磨時允許加入助磨劑，其加入量不得超過水泥質(zhì)量的1％，助磨劑須符合JC／T667的規(guī)定�！边@個規(guī)定強(qiáng)調(diào)了兩個層面：一是水泥粉磨時允許加入助磨劑；二是加助磨劑不能以犧牲水泥性能和混凝土耐久性為代價，這是一個最基本的原則�，F(xiàn)代混凝土生產(chǎn)工藝對水泥的顆粒分布情況、堿和氯離子含量、石膏品種及狀態(tài)、熟料礦物組成等問題都十分敏感。如何很好地解決這些問題，使水泥生產(chǎn)既能低成本運(yùn)行，又能使出廠水泥具有良好的使用性能，這是每一個水泥企業(yè)必須認(rèn)真對待的問題。除了加強(qiáng)對每一個生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)嚴(yán)格管理之外，在選用助磨劑時應(yīng)該注意以下事項(xiàng)。
水泥助磨劑必須符合國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求 建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC／T667—1997是評定水泥粉磨用的工藝外加劑能否用于水泥生產(chǎn)的技術(shù)依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥粉磨用工藝外加劑對水泥及混凝土性能允許的影響范圍及要求、試驗(yàn)方法和評定準(zhǔn)則等。水泥企業(yè)選用助磨劑時，一定要對外加劑生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)許可證、產(chǎn)品檢驗(yàn)合格證進(jìn)行確認(rèn)：簽發(fā)證件單位是否通過國家認(rèn)證資格?檢驗(yàn)報告內(nèi)容是否符號建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC／T667—1997的要求?這是確定選用哪種助磨劑的首要條件。
考慮入磨物料性質(zhì)，進(jìn)行小磨比較試驗(yàn) 由助磨劑機(jī)理所決定，助磨劑對物料的適應(yīng)性各有差異。一方面對于同一種物料，有多種助磨劑可供選用，但必有一種助磨效果最好；另一方面助磨劑的作用也具有選擇性，即對某種物料可能是有效助磨作用，對于另一種物料可能沒有助磨作用，甚至起阻磨作用。因此，在選用助磨劑時，要根據(jù)本企業(yè)生產(chǎn)中的具體情況，人磨物料的性質(zhì)和要求的技術(shù)條件，先進(jìn)行小磨試驗(yàn)；然后優(yōu)選方案到大磨實(shí)施。
使用助磨劑后注意粉磨工藝參數(shù)調(diào)整 助磨劑除了對物料適應(yīng)性、助磨功能不同之外，對干法磨、濕法磨、開流磨、圈流磨、烘干磨等使用的要求都不一樣，需要在試驗(yàn)、使用中認(rèn)真記錄、跟蹤調(diào)節(jié)粉磨工藝參數(shù)，均衡球磨機(jī)各倉粉磨能力，達(dá)到最佳節(jié)能高產(chǎn)效果。
一般來說，使用助磨劑后，最明顯的變化是粉磨速度加快、物料在磨內(nèi)停留時間縮短。另一個變化是由于助磨劑不同程度的堿性激發(fā)或硫酸鹽激發(fā)作用，使熟料礦物和混合材活性增加，導(dǎo)致水泥強(qiáng)度提高。對于開流球磨機(jī)應(yīng)該增加磨頭喂料量或混合材摻加量，來控制、穩(wěn)定磨內(nèi)物料流速，以達(dá)到出磨水泥細(xì)度合格和磨機(jī)低成本高產(chǎn)的雙贏。對于圈流球磨機(jī)則應(yīng)該認(rèn)真監(jiān)控選粉機(jī)成品量與粗粉回料量的變化。如果成品量沒有提高而回料量增加，必須馬上停磨，并調(diào)整前后倉研磨體級配和填充率，分析比較助磨劑使用前后的工況變化，控制、延長物料在磨內(nèi)停留時間，使出磨物料細(xì)度降下來；在保持成品細(xì)度合格的前提下，適當(dāng)提高選粉機(jī)轉(zhuǎn)子主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)圈流磨系統(tǒng)高產(chǎn)平衡。如果成品量增加、回料量減少，表明系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常，可以逐步增加磨頭喂料量或混合材摻加量，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低成本高產(chǎn)的磨機(jī)生產(chǎn)平衡。
重視出廠水泥的混凝土試驗(yàn) 水泥質(zhì)量的穩(wěn)定可靠，是建筑工程質(zhì)量百年大計的基本保證。企業(yè)的質(zhì)量管理行為，不是你認(rèn)為應(yīng)該怎么干就怎么干，而是根據(jù)市場和用戶要求的質(zhì)量，你就必須要這樣干。由于助磨劑組成的多元化和工作機(jī)理復(fù)雜性，我們既為它帶來的經(jīng)濟(jì)效益而高興，又必須為它給通用水泥引起變化的隨機(jī)性承擔(dān)責(zé)任。有條件的企業(yè)，應(yīng)該在水泥出廠前，根據(jù)用戶施工要求，增加混凝土試驗(yàn)項(xiàng)目；沒有混凝土試驗(yàn)儀器設(shè)備的企業(yè)，在選擇助磨劑供貨單位時，應(yīng)該優(yōu)先選擇具備混凝土試驗(yàn)服務(wù)能力的外加劑廠合作。不僅保證自己的出廠水泥合格率100％，而且提前對施工單位的混凝土外加劑與本企業(yè)水泥的相溶性進(jìn)行研究和試驗(yàn)；作到對用戶負(fù)責(zé)，使水泥質(zhì)量和現(xiàn)場施工使用性能適應(yīng)混凝土技術(shù)條件的要求，確保工程質(zhì)量萬無一失。
助磨劑必須滿足環(huán)保要求 價位是市場競爭的重要環(huán)節(jié)，要給水泥企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，外加劑生產(chǎn)廠自己首先要降低制造成本。因此，許多外加劑都是利用化工廠的下腳料和工業(yè)廢渣來復(fù)合配制的，難免在外加劑里殘留一些不利于環(huán)境保護(hù)的物質(zhì)。水泥企業(yè)在選用助磨劑時，對其環(huán)保質(zhì)量必須引起重視，不要被低價位所迷惑，要保證使用的助磨劑不污染環(huán)境，不危害員工身體健康。在存放、搬運(yùn)過程中應(yīng)制定相應(yīng)的安全防范措施；在添加使用的生產(chǎn)線上，應(yīng)采用準(zhǔn)確可靠的非接觸性計量設(shè)備；既滿足控制技術(shù)的配比精度要求，又實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的工作環(huán)境。
助磨劑應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)給許多水泥企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。使用助磨劑后，球磨機(jī)增產(chǎn)幅度一般可達(dá)15％～30％；單產(chǎn)電耗可下降6～l0kWh/t；噸水泥生產(chǎn)成本可減少3～10元。只要我們正確選擇和使用適合于本企業(yè)實(shí)際情況和生產(chǎn)條件的合格助磨劑產(chǎn)品，認(rèn)真執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)和建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制出廠水泥質(zhì)量及其使用性能，就一定能走出對水泥助磨劑疑惑的誤區(qū)，取得球磨機(jī)優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、高產(chǎn)的效果。 |
