助磨劑自引進(jìn)國內(nèi)以來，在降低水泥生產(chǎn)能耗，提升磨機(jī)粉磨效率方面做出了突出貢獻(xiàn)。而近年來，隨著業(yè)內(nèi)節(jié)能降耗呼聲日盛，如何進(jìn)一步挖掘助磨劑在水泥生產(chǎn)中的節(jié)能作用，逐漸在業(yè)受到更廣泛的關(guān)注。

  2018年6月14日，由中國水泥網(wǎng)主辦的第十屆粉磨峰會在杭州召開。會議上吳笑梅就《水泥助磨劑的作用機(jī)理及其使用效果評價(jià)方法》做了主題報(bào)告。

  一、助磨劑使用過程中的影響因素（種類繁多、性質(zhì)各異、作用機(jī)理復(fù)雜）

  水泥助磨劑是指在水泥粉磨時加入的起助磨作用而又不損害人體健康及水泥混凝土性能的外加劑，分為液體和粉體兩種。在水泥生產(chǎn)過程中，粉磨環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的電耗占整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的80%，同時球磨機(jī)在粉磨過程中也存在能量利用率低的問題。因此，在報(bào)告中吳笑梅指出，助磨劑技術(shù)是水泥企業(yè)節(jié)能減排的有效技術(shù)。

  對助磨劑的現(xiàn)有認(rèn)識，吳笑梅指出，理論上，人們認(rèn)為助磨劑能夠提產(chǎn)，增強(qiáng)和提高混合材的摻量。但事實(shí)上，助磨劑也存在提產(chǎn)效果可能不顯著，增強(qiáng)效果不穩(wěn)定，也會造成水泥使用性下降，市場投訴增多等問題。而造成這一系列問題的主要原因是缺乏識別能力和科學(xué)的評價(jià)方法。

  另，吳笑梅在報(bào)告中指出了助磨劑的三大助磨原理：

  第一，列賓捷爾（Rehbinder）強(qiáng)度削弱理論：利于裂紋擴(kuò)展，削弱固體強(qiáng)度；

  第二，馬杜里（Mardulier）的顆粒分散理論：飽和價(jià)鍵力，防止顆粒聚集；

  第三，薄膜理論：表面活性劑，形成包裹薄膜，改善粉體流動性。

  這三個原理都能改變顆粒級配，減小過粉碎，提高粉磨效率，降低單位電耗，磨機(jī)增產(chǎn)，節(jié)約成本！

  助磨劑的助磨作用方式又是如何？吳笑梅指出助磨劑是吸附在水泥顆粒裂縫表面（剛形成的裂縫分別帶相反的電荷），中和電荷。

  助磨劑吸附在水泥顆粒表面后使顆粒表面產(chǎn)生相同符號的電荷，引起排斥力而使顆粒分散開。

  顆粒表面吸附有高分子表面活性劑時，它們在相互 接近時產(chǎn)生排斥作用，可使粉體分散體更加穩(wěn)定，不發(fā)生團(tuán)聚，這就是高分子表面活性劑的空間位阻作用。

助磨劑（表面活性劑）的分類

  綜上所述，吳笑梅總結(jié)出助磨劑提產(chǎn)增強(qiáng)效果的負(fù)作用與不確定性。

  助磨機(jī)理：減少過粉碎現(xiàn)象，提高研磨效率（消除因靜電作用而產(chǎn)生的糊球糊鍛，改善粉體流動性）往往帶來水泥顆粒集中，標(biāo)準(zhǔn)稠度增加，外加劑相容性變差的負(fù)面作用；提產(chǎn)作用與助磨效果不直接相關(guān)，受粉磨工藝參數(shù)及工況的影響較大。

  增強(qiáng)機(jī)理：物理作用，化學(xué)作用；物理作用受物料易磨性、磨況影響；化學(xué)作用受熟料質(zhì)量的影響。

  二、作用效果的評價(jià)方法（依賴大磨評價(jià)不科學(xué)；小磨試驗(yàn)評價(jià)沒有代表性）

  1.助磨效果的評價(jià)

  助磨劑大多是表面活性劑，符合吸附理論：

  助磨效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)：在粉磨之前噴在物料表面一起粉磨；檢測助磨劑品種、摻量與磨制水泥顆粒特征的關(guān)系

  醇胺類物質(zhì)：A，C，D

  摻量：0.00%、0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%、0.035%、0.04%

  水泥比表：350-360m2/kg

  水泥熟料：塔牌集團(tuán)金塔廠熟料

  混合材：石灰石、礦渣

  助磨效果評價(jià)指標(biāo)：相近比表面積下

  （1）0.045mm細(xì)度變化值

  （2）均勻性系數(shù)變化值

  （3）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變化值

  助磨效果與助磨劑摻量的關(guān)系

  最大助磨效果為：C>A>D

  助磨效果與物料易磨性的關(guān)系

  C對摻有混合材的水泥的0.045mm方孔篩篩余和均勻性系數(shù)的影響

  從圖中幾條曲線斜率的角度看：摻石灰石，助磨效果最明顯。從改善顆粒分布看，石灰石有利于水泥顆粒分散，單摻礦渣有利于水泥顆粒集中。

  飽和摻量對助磨效果的評價(jià)意義

  實(shí)際應(yīng)用情況

  （1）大磨提產(chǎn)試驗(yàn)，正常的磨況（流速、水份、溫度）通常有5%-10%的提產(chǎn)空間。

  （2）對改善因過粉磨/溫度引起的糊球糊鍛現(xiàn)象效果顯著，對因水分造成的糊球糊鍛、飽磨現(xiàn)象效果不顯著

  （3）若原磨況：物料水分高，出磨溫度低（尤其是陶瓷球），原磨內(nèi)流速過快的，加入助磨劑后產(chǎn)量往往提產(chǎn)不顯著或甚至下降。

  （4）由于助磨效果會影響水泥的顆粒分布，受國標(biāo)中摻助磨劑前后水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間等參數(shù)指標(biāo)變化范圍的限制，實(shí)際應(yīng)用過程中遠(yuǎn)沒有用到最大助磨效果的理論摻量。

  2. 增強(qiáng)機(jī)理及其效果的評價(jià)

  （1）物理增強(qiáng)機(jī)理：水泥顆粒分布改變，帶來強(qiáng)度變化（如比表面積相近時，水泥顆粒中3-32um的顆粒含量增多，水泥膠砂3d，28d強(qiáng)度提高；由此可能帶來標(biāo)準(zhǔn)稠度增加，外加劑相容性變差的負(fù)面作用。

  （2）化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理：一般通過加快水泥水化而產(chǎn)生增強(qiáng)作用。不同的物質(zhì)影響不同（無機(jī)鹽類、醇胺類/醇類）

  --實(shí)際驗(yàn)收時注意區(qū)分物理作用效果和化學(xué)作用效果

  粉磨時摻：物理+化學(xué)綜合效果

  成型時摻：化學(xué)激發(fā)效果（不影響水泥的顆粒分布）

  2.1醇胺類物質(zhì)對A礦水化的影響

A礦的化學(xué)成分/%

  實(shí)驗(yàn)所用水灰比為0.35，將醇胺類物質(zhì)摻入到A礦凈漿用水中，其中Ak、Aa、Ac和Ad分別代表A礦添加A、C、D以及空白樣

  （1）在1d至28d齡期內(nèi)，水化率Aa>Ac>Ad >Ak。說明對A礦水化的促進(jìn)作用A>C>D.

  （2）在28d-90d齡期內(nèi)，Aa、Ac、Ad和空白樣的水化率接近

水泥凈漿綜合熱分析

A礦漿體中各物質(zhì)的失重量/%

A水化產(chǎn)物的晶膠比

  水化產(chǎn)物晶膠比降低

  2.2醇胺類物質(zhì)對水泥水化的影響（顯著加快各齡期水泥的水化，生成更多的水化產(chǎn)物）

對水泥凈漿水化熱的影響（使水泥水化放熱增加，加速水泥水化）

綜合熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對XRD分析結(jié)果的影響

空白樣和C樣90d齡期ANC實(shí)驗(yàn)殘?jiān)腦RD分析圖

  化學(xué)結(jié)合水，水化熱分析，綜合熱分析及XRD結(jié)果表明：

  C加速了水泥3d和28d水化率和水化放熱，促進(jìn)硅酸鹽礦物水化的同時加速鐵鋁酸鹽礦物的水化；

  D加速了水泥的3d水化速率和水化放熱；

  C、D復(fù)合使加速了水泥3d和28d的水化，28d時C+D樣高達(dá)88.88％，接近空白樣90d的水化率89.09%，加速水化十分顯著。

醇胺類物質(zhì)對不同礦物組成的水泥的化學(xué)增強(qiáng)效果的影響

化學(xué)增強(qiáng)作用的影響因素

  （1）熟料礦物組成，燒成質(zhì)量（晶體發(fā)育狀況）

  （2）助磨劑的種類與成分（結(jié)構(gòu)）

  （3）助磨劑的摻量

  （4）混合材

  （5）石膏

  （6）比表面積

  （7）水化環(huán)境（溫度）——如管樁用的水泥

  粉磨摻助磨劑水泥的膠砂強(qiáng)度

a.粉磨摻助磨劑的增強(qiáng)作用是助磨劑的“化學(xué)增強(qiáng)作用”和“物理增強(qiáng)作用”的綜合作用。

  b.與物理增強(qiáng)作用相比，往往助磨劑的化學(xué)增強(qiáng)作用對水泥膠砂強(qiáng)度增幅貢獻(xiàn)更大

  c.成型摻助磨劑Z1、Z2 的3d化學(xué)增強(qiáng)作用與粉磨摻助磨劑的綜合增強(qiáng)作用比值分別為90%、66.5%

  d.成型摻助磨劑A、B、D的3d化學(xué)增強(qiáng)作用與粉磨摻助磨劑的綜合增強(qiáng)作用比值分別為87.9%、55.1%、67.2%

  三、生產(chǎn)應(yīng)用（根據(jù)成本來調(diào)節(jié)摻量、沒有理論作指導(dǎo)）

  實(shí)際增強(qiáng)效果因熟料、混合材、石膏等因素的變化不可避免存在波動

  建議水泥廠用助磨劑外摻法評定助磨劑的增強(qiáng)效果：

  （1）盲樣對比不同品種助磨劑對本廠熟料/水泥的化學(xué)增強(qiáng)作用，評價(jià)效果優(yōu)劣。摻量可根據(jù)同等噸水泥單價(jià)成本設(shè)定；

  （2）用上一批驗(yàn)收合格的助磨劑留樣與本次助磨劑留樣在成型時外摻到小磨磨制的空白水泥，對比空白樣與摻兩批次助磨劑樣水泥膠砂強(qiáng)度的差異，評判助磨劑品質(zhì)是否波動。

  四、總結(jié)

  1、助磨效果可以通過繪制水泥的0.045mm方孔篩篩余，均勻性系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與助磨劑摻量的曲線來進(jìn)行量化評價(jià)。評價(jià)指標(biāo)隨著助磨劑摻量增加不再顯著變化的點(diǎn)定義為“飽和點(diǎn)” 。當(dāng)助磨劑摻量小于飽和摻量時，增加摻量，助磨作用增強(qiáng)；當(dāng)摻量達(dá)到飽和摻量后，增加摻量，助磨作用不再增強(qiáng)。飽和點(diǎn)對應(yīng)的0.045mm方孔篩篩余越小，均勻性系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大，助磨效果越好；相同的評價(jià)指標(biāo)條件下，飽和摻量越低，其助磨效果越強(qiáng)。助磨效果與助磨劑成分、物料易磨性均有關(guān)。   

  2、大磨提產(chǎn)幅度受干擾因素較多，與助磨劑的助磨效果不一定是線性相關(guān)關(guān)系；助磨效果越強(qiáng)時，往往帶來水泥顆粒集中，標(biāo)準(zhǔn)稠度增加，與減水劑相容性變差等負(fù)作用，生產(chǎn)時應(yīng)合理選擇及調(diào)整助磨劑的助磨效果。

  3、助磨劑對水泥混凝土性能的危害除了顆粒分布的影響之外，主要取決于助磨劑中的組成物質(zhì)。關(guān)注組分對耐久性、引氣能力等的影響。

  4、粉磨時摻入與成型時摻入助磨劑的水泥樣品的膠砂強(qiáng)度、化學(xué)結(jié)合水、水化熱結(jié)果表明：（1）助磨劑組分具有促進(jìn)水泥水化，改變水化產(chǎn)物組成及提高膠砂強(qiáng)度的“化學(xué)增強(qiáng)作用”。（2）粉磨時摻入助磨劑對膠砂強(qiáng)度的影響是其“化學(xué)增強(qiáng)作用”與摻入助磨劑共同粉磨后水泥顆粒分布變化帶來的“物理增強(qiáng)作用”綜合作用的結(jié)果。（3）與物理增強(qiáng)作用相比，助磨劑的“化學(xué)增強(qiáng)作用”對水泥強(qiáng)度增幅貢獻(xiàn)更大。

  5、助磨劑的增強(qiáng)作用受熟料、混合材、石膏、比表面積、助磨劑組成與摻量、水化溫度等多方面因素的影響。