刘延生：使用水泥助磨剂 优化水泥颗粒级配

襄樊安格尔建材科技有限公司董事长　刘延生

　　2012年4月28日，由中国水泥网主办、安格尔·基业长青第一协办的 “2012第五届国际粉磨峰会”在南京隆重召开。襄樊安格尔建材科技有限公司董事长刘延生做了主题为《使用水泥助磨剂  优化水泥颗粒级配》的演讲报告。

　　水泥助磨剂的使用率已达80%，也就是说，全国20亿吨水泥中使用或使用过水泥助磨剂的水泥总量已达15亿吨以上。按每吨水泥使用助磨剂后产生10元净效益计算，水泥助磨剂贡献给社会的财富是150亿元人民币/年。

　　一、水泥的颗粒分布与水化

　　1、关于水泥的颗粒分布

　　2009年8月至2010年1月，我们走访并现场取样检测了北京琉璃河、芜湖海螺、英德海螺、卫辉天瑞、徐州中联、英德台泥、湖北亚东、济南山水、武穴华新、河南同力、吉林亚泰、广东塔牌、福建水泥、荆门葛州坝、兰溪红狮、海南国投、江西万年青、广西鱼峰、贵州兴义泰安、云南红塔滇西、重庆拉法基等40余家大型企业的水泥样，结论是，大型企业生产的水泥颗粒偏细，≤3μm的颗粒≥13%的水泥高达78.1%，≥15%的占32.9%，而<13%的只有21.9%。将近48%的水泥3～32μm的颗粒含量在65～75%之间（比较合理）；有21.4%的水泥3～32μm的颗粒含量≤60%（偏低）；有16%的水泥3～32μm的颗粒含量≥75%（偏高）。

　　使用优质助磨剂后，将超细粉尽快地送入磨尾进入成品库或选粉机，这样就达到了优化颗粒级配的目的。

　　2、优良颗粒及水化

　　≤3μm的水泥颗粒数量对水泥磨机产量，对水泥物理力学性能、施工性能、与混凝土外加剂适应性，甚至对混凝土结构和耐久性能都可能产生不良影响。

　　≤3μm的颗粒属水泥的过细颗粒，比表面积大，表面能高，含量过高容易黏球、黏衬板和团聚，形成粉磨阻力，导致磨机产量下降、电耗增加和磨内温度升高等。≤3μm的水泥颗粒中除了易磨性较好的混合材外，主要是被破碎的C3S和C3A晶体，水化快，基本上1d内水化完成，对提高水泥1d和3d强度有利；但容易引起水泥（混凝土）需水量大，混凝土坍落度经时损失大；同时早期水化热高且集中，容易引起混凝土塑性开裂，形成的水泥石结构不密实，而影响混凝土耐久性。为了避免这些不利的情况发生，许多人提出≤3μm的水泥颗粒含量应≤10%。考虑到水泥颗粒形状的不规则性、检测仪器的检测误差以及混合材种类、掺量、易磨性的差异等，我们认为P.O.42.5水泥中≤3μm的颗粒控制范围在8～13%为宜。如果水泥中易磨性材料多，可以用上限控制；反之则用下限控制。

　　据了解，水泥细度偏细的原因主要是追求水泥1d和3d强度。所检测水泥许多1d抗压强度≥15Mpa，3d抗压强度28～30Mpa，远远高于我国P.O.42.5R水泥3d抗压强度21Mpa的指标。1d和3d强度高，混凝土拆模快，还可少用一点水泥，但是失去的可能是建筑物寿命减少10年，甚至更多，是得不偿失的。

　　建材总院施娟英教授在1986年《熟料颗粒大小对水泥性能的影响》一文中曾这样论述：

　　水泥的水化速率，主要决定于熟料的颗粒大小。0～10μm的颗粒在28d已接近全水化；10～30μm的颗粒7d水化了接近一半；而30～60μm的颗粒经28d才水化了一半；大于60μm的颗粒经3个月水化还不到一半。

　　不同粒径熟料颗粒对硬化水泥浆体强度所发挥的作用为：0～10μm在7天前起主要作用；10～30μm在7天～3个月期间起主要作用；30～60μm在28天以后起一点作用；大于60μm在3个月以后起作用。

　　在现有生产条件，即符合节能又有较好强度和耐久性的水泥，最佳颗粒组成建议为：0～10μm 30%左右，10～30μm 40%左右，30～60μm 25%左右，＞60μm 5%左右。

　　所以，我认为优化颗粒分布即抑制过粉磨，减少0～3μm的细颗粒和65μm以上的粗颗粒，尽量多地增加3～32μm段的颗粒，将＞45μm的颗粒控制在4～10%以内。

　　水泥助磨剂参与水泥在管磨中的粉磨过程，可以有效的降低被粉磨物料的表面能，消除静电结团和吸附，增加物料流速，从而降低研磨体的消耗，降低粉磨温度，节约电能，优化颗粒分布。并通过水泥颗粒分布的优化达到提高水泥28d强度，提高混凝土的和易性和保坍性。

　　二、复合硅酸盐水泥中加大石灰石用量的可行性

　　随着国内大型干法旋窑的普及，目前各水泥企业生产的熟料大都可以达到抗压强度3天30Mpa和28天60Mpa的水平。用这么优质的熟料生产P.C.32.5级水泥可以添加35～40%的混合材，而所有混合材中最易得、最廉价的是石灰石，全国平均价12～22元/T。能用它做为主要混合材是节能降耗、降低水泥成本的好方法。

　　早在上世纪80年代，国家水泥所的教授们已做过在矿渣水泥中掺石灰石的尝试研究。近几年我们对在复合硅酸盐水泥中加大石灰石掺量进行了研究，取得了较好经验。

　　石灰石的化学成分中CaO含量53%左右，其余组份的比例虽有波动，但与水泥的基本属性有很多共通之处及良好的兼容性。烧失量占其总质量的42.39%，是石灰石的又一突出标志。石灰石是一种廉价的混合材，但在实践中石灰石添加量超过水泥质量的25%以上时，就会出现严重的糊球、糊衬板、堵篦缝、水泥结团、磨温快速升高等现象，无法继续生产。在这种情况下，使用优质助磨剂可解决以上问题，并且还可以适当加大石灰石用量。如重庆ＸＸＸ公司、广东ＸＸ公司这两个超大型企业生产复合硅酸盐水泥时，使用我公司生产的助磨剂将石灰石用量提升到了28%和26%，水泥的性能及强度指标均十分优良。近日，我们将南宁某大型水泥企业的物料配比中的石灰石调增到28%时，该试验水泥与用另一掺量千分之一的助磨剂生产的水泥相比3d抗压强度持平，28d抗压强度增长4.9Mpa。数据说明，该水泥的混合材中石灰石的掺量可提高到水泥质量的30%。

　　三、使用优质助磨剂时，成品水泥应尽量采用45μm筛余值与比表面积共同控制

　　使用助磨剂进行工业试验时，比表面积值与实际有一定的差距。出现这种情况的主要原因是水泥在粉磨过程中，由于助磨剂的加入，颗粒表面能降低，颗粒之间的吸引力减弱，相互之间形成斥力，加之球形颗粒的增多，在勃氏比表面积测试中，空气通过料层更容易，通过时间缩短，计算出的比表面积读数要比实际的低。我们在湖北亚东、拉法基双马、利万步森、华润等大型企业都相继遇到此类问题。在此情况下，45μm筛余值更能反映其本质。

　　在水泥助磨剂行业标准上升为国家标准时，由安格尔公司建议将“助磨效果”中“45μm筛余减少不小于2%”放在了“比表面积增加不小于10㎡/kg”的前面。

　　为了更准确了解水泥助磨剂的助磨功能，获取准确的水泥细度、比表面积值，我们在工业试验前取稳定工艺参数中的比表面积，及所对应水泥的45μm筛余。在工业试验阶段仅以45μm筛余的下降值做为评判依据，并测出其相对应的水泥比表面积。并将该比表面积值做为以后使用同一品种规格助磨剂的考核指标。

　　在评价水泥细度时，我们认为45μm筛余更准确，更直观，水泥企业在控制水泥品质时使用45μm筛余加激光粒度检测是应该推广的。