水泥工艺外加剂技术及应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：侯玉华（1987），男，侗族，广西桂林人，中专，初级职称，研究方向为水泥工艺材料工程。-164-水泥工艺外加剂技术及应用研究 侯玉华 华润水泥（平南）有限公司，广西 平南 537300 摘要：摘要：水泥处理技术最早从国外发展起来，至今已经有一百多年的历史了，最早在水泥处理过程中，采用的外加剂主要是作为缓凝剂，随着时代的进步，水泥技术也发生了变化，用于水泥处理的外加剂也越来越多。基于此，本文首先简要的概述了水泥工艺外加剂技术，分析了水泥工艺外加剂技术及应用，以期为今后工程建设提供了一些有益参考。关键词：关键词：水泥；外加剂；应用 中图分类号：中图分类号：TQ17 0 引言 建筑业的快速发展，各种工程项目对水泥要求和品质都在提高，所以高效地利用外加剂，既给水泥施工技术带来了机会，又给水泥施工技术带来了很大的挑战。如果使用不当，将会导致水泥品质出现问题，影响最终的生产效果。对此，必须根据目前的水泥处理工艺，并配合高效的外加剂技术，以增加水泥与外化剂的适应性，以提高建筑工程施工水准。1 水泥工艺外加剂技术 1.1 理论 在人民生活条件日益改善的同时，对于环境质量的需求也在日益增加，开始重视对生态的维护，同时也在大力倡导绿色环保、低碳生活等概念，在绿色建筑施工的影响下，掺合料技术受到了越来越多的重视，在水泥制备生产中普遍被应用，对于整个水泥工业的正常发展起到了举足轻重的作用。在水泥制备过程中，加入百分之五以下的掺入物，可以使水泥性质得到最大程度的优化和提高，进而可以减少水泥生产和处理费用1。水泥外加剂跟混凝土外加剂相似，外加剂技术是水泥制造中的一个关键要素。与此同时要注意一个问题，在制造水泥的时候，如果要用到添加剂，那么必然会产生一些危害，但是如果把使用量限制在一定的标准之内，就不会产生任何危害。结合现在的建筑施工项目来看，现有的水泥工艺外加剂通常可以分为两种类型。一种是水泥生料制备系统外加剂，另一种是水泥制备系统外加剂。1.2 分类 从水泥工艺中可以看出，外加剂的种类有三种，分别是助磨剂、激发剂、缓凝剂。助磨剂的功能是确保颗粒具有较好的流动性，其基本原则是通过包裹、附着等方式，使颗粒的表面更加平滑，从而减少摩擦，这样可以有效提高磨机的效率，同时也可以控制能源的消耗。该工艺分为液体和固体两种，液体和固体的混合，液体的混合质量要求在 0.01%左右。激发剂的应用可以提高材料的活性，从而提高产品的品质，为使水泥材料的活性得到充分发挥，所用的激发剂不能有腐蚀性和毒性，有关人员要严格进行测量，并要保证存储环境符合相关要求。缓凝剂的功能是控制水泥凝固时间，这样可以明显提升混凝土的施工质量，同时也可以明显减少成本。具体功能作用是缓凝剂可以在水分子的表面形成一层膜，从而可以延迟凝固时间。2 水泥工艺外加剂技术及应用 2.1 水泥生料制备系统外加剂技术及其应用（1）生料速烧剂 在水泥工艺外加剂技术中，生料速烧剂技术的重点在于可以通过加入生料速烧剂，实现对生料锻烧的温度的有效控制，维持一个较低的锻烧环境，并且可以更好地提高锻烧的效率，从而更好地控制水泥生产的成本，更好地节省水泥资源。与此同时，在使用生料速烧剂的时候，也要对有关的加入量进行严格控制，在普通的水泥生产过程中，生料速烧剂的用量要被限制在 0.6%之内，在适当的数量下，才可以更好地将生料速烧剂的效果充分地发挥出来2。中国科技期刊数据库 工业 A-165-另外，对于生料的速烧剂的应用，在加入之前，必须要将速烧剂进行适当调配，并且要对锻烧的热量比例进行严格控制，只有如此，才能有效降低水泥生产的经济损失。（2）矿化剂 在目前的水泥工艺外加剂技术中，矿化剂技术是一种较为普遍的技术，其在使用过程中得到了许多施工企业和水泥混凝土企业的重视。当前常用的矿化剂主要分为单一和复合两种类型，单一类型的有碱土金属氟盐、碱金属、硅酸盐等，复合类型的有石膏、氧化锌、矿渣等。矿化剂技术以碳酸盐类为主，以达到加快其降解速度，在应用过程中可快速生成早强矿物，从而提高其性能，更好地适应建设发展对品质的要求。在矿化剂技术的应用过程中，为防止过量的使用会对水泥的性质产生影响，会将矿化剂的用量限制在百分之二以内，从而更好地发挥水泥矿化剂技术的作用，提高水泥的品质和性能，如果超过了使用范围，就会对水泥的性质产生影响。对此，在运用矿化剂技术时，要特别注意材料使用量。（3）生料助磨剂 在水泥生料的制备过程中，生料助磨剂是较为普遍的一种技术，可以更好地发挥出强化粉体的效果，使用这种技术可以将材料包覆在其表面，更好地发挥出提高其表面平滑程度的效果，降低了在制造过程中水泥粒子之间的摩擦，这样既可以提高其生产效率，又可以更好地降低其对生料设备的消耗，从而避免造成更大的设备维护成本。在当前的生料助磨剂技术中，最常用的是石墨和焦碳。（4）晶种 在水泥工艺外加剂技术中，晶种技术的基本理论是利用结晶作用，更好地提高水泥的结晶效率，现在在水泥工艺外加剂技术中，一些水泥混凝土企业会结合晶种和矿化剂，利用这两种外加剂的优点，更好地提高水泥的性能。在晶种技术中，常用的有一些熟料和矿渣，并且在晶种技术中要对其用量进行严格的控制，通常将晶种添加剂的用量控制在百分之一以内，不能有过量的情况3。矿化剂、晶种设备的用量通常不超过百分之三，并且要严格把控其配比比例。2.2 水泥制备系统外加剂技术及其应用（1）缓凝剂 水泥的凝固时间取决于水泥的水化速率，水泥水化系统的凝聚过程，以及加入的水量。所以，任何能够影响水泥水化速率，影响水泥水化系统凝结进程和掺合水含量的外加剂，均可用作缓凝剂。通常情况下，有机表面活性剂都可以吸附在水泥矿物的表面，从而阻碍其水化，并且由于其亲团作用可以吸收很多的水分子，从而增加了扩散层水膜的厚度，所以它们都可以发挥出缓凝效果。某些无机物质可与水泥水化物形成复盐，并附着在水泥矿物上面，抑制其水化，从而达到延缓目的。羟基羧酸类缓凝剂原理是水泥颗粒中的 C3A 组份对羧基羧酸分子有一定的吸附性，使得其不能很快的形成钙矾石晶体，从而达到缓凝的效果。磷酸盐类缓凝材料在水溶液中可产生大量的离子，附着在水泥颗粒上面，形成极低溶解度的、薄薄一层的磷酸盐，从而抑制 C3A 水化、钙矾石的形成。（2）水泥助磨剂 现阶段常见的水泥助磨剂是木质素磺酸盐、丙三醇、乙二醇、三乙醇胺等，具体可划分为固体和液体，如果选用固体的水泥助磨剂材料，需要严格控制添加比率，最多不能超过百分之一。如果选用液体的水泥助磨剂材料，添加比率最多不能超过 0.08%。助磨剂在粉磨材料的粒子表面进行物理化学吸附，降低粒子之间的摩擦、粘着力，促进粒子之间的打滑，提高材料的流动，进而提高粉磨环境，提高粉磨效率。在研磨过程中，可有效抑制或抑制粒子的团聚，并可中和粒子间的相互影响，促进粒子间的界面行为，避免粒子间的团聚，实现粒子间的弥散化及粒子间的分散解聚，提高粉磨效率。根据数据显示，在 32.5 等级的普通硅酸盐水泥中加入助磨剂，可以使其生产效率提高百分之十到百分之三十，在42.5等级的普通硅酸盐水泥中加入助磨剂，则可以使其生产效率提高百分之十五到百分之四十，假设能源消耗量相同，能够增大每千克二十到八十平方米表面积4。（3）特种水泥外加剂 在目前的工程施工中，由于施工要求的不同，对水泥型号、性能要求也不同。而由于一些项目的特殊中国科技期刊数据库 工业 A-166-性，在建设过程中会有专门的水泥配制需求。要提高特种水泥材料的各项性质，就必须采用特种外加剂材料。对于这类掺合料的使用来说，具有如下三个方面的优点。第一个方面是凝结速度快，色泽表现好，能够提高建筑美观性。第二个方面是在提高水泥生产质量的同时，能够明显控制整体施工费用。第三个方面是在生产过程中，使用了大量的工业废料，体现出绿色生产理念，符合现阶段绿色建筑施工要求。（4）激发剂 改善水泥的实际品质，最重要的是要提升其活性，而其活性则与水泥熟料的矿物成分及矿相结构密切相关，还与其粉磨度、颗粒级配、形态、混合材料的种类及比例、数量等因素有关。为满足水泥高效、环保的发展需求，提高其资源化利用效率，可使用助磨剂，主要起到物理激发作用，或者使用化学材料，起到化学激发作用，即利用不影响混凝土耐久性能的化学剂，激励水泥活化。根据化学激发形态，可以分为碱激发态和硫酸盐激发态。在使用激发剂作为外加剂过程中吗，要注意选用助磨效果优质的高效复合外加剂，利用助磨作用增加磨机生产效率，增加比表面积，进而增加水泥自身强度5。它的强化作用是通过添加在水泥中的化学成分，与水泥中的硅、铝等发生化学反应，生成具有辅助强化作用的中间体，并使水泥里的氧化物产生晶格缺陷，从而增加反应性能。选用助磨效果优质的高效复合外加剂，能够对水泥产生如下四个方面的优势作用。第一个方面是能够生产高等级的水泥。也就是在技术和经济上都比较合适的情况下，所生产的水泥强度高于熟料。第二个方面是能够制备出低碱度的水泥。第三个方面是熟料中的碱度是固定的，选用助磨效果优质的高效复合外加剂，使用高掺量、低碱度的矿渣或粉煤灰进行有效的控制，可以使最后的水泥碱度达到标准。第三个方面是选用助磨效果优质的高效复合外加剂，能够将大量的工业废渣转化成有用的废料，既节省了资源，又降低了对环境的影响，所形成的水泥材料具体低碳、环保优势特性。第四个方面是有效改良水泥性质。选用助磨效果优质的高效复合外加剂，可显著提高水泥干缩、抗冻融、抗渗透、抗碳化、抗侵蚀性能，还能够改良水泥自身颜色，提高建筑美观性。（5）高性能水泥外加剂 在生产实践中，普遍将高强水泥视为高性能，但这一观点并不正确。水泥高强度仅仅是一个功能体现除了对强度有更高的要求以外，还对施工性能有更高要求，比如要求水化热更小，体积更加稳定，抢修补漏速度更快，耐磨性、耐腐蚀性、耐久性也更好，不管在哪种情况下都可以让水泥按照建筑设计需要进行正常水化和硬化，水泥结构致密度可以满足工程要求等。若以上种种条件均能完全符合，则仅凭单一种类的水泥，难以实现各项功能。采用高性能水泥外加剂，可显著提高水泥用量，并可有效去除水泥中的 f-CaO，从而显著提高水泥干燥收缩、抗冻融性、抗渗性、抗碳化性能、耐腐蚀性能、水泥色泽。将工业废料、矿物原料干燥后，与其配合使用，通过超细研磨，制备出高活性外加剂，既减少大量的工业废料，又提高混凝土的高性能、耐久性，从而更好地适应建筑需要。合成成分组成如下：高细粉磨水泥熟料粉是包含石膏类的调凝剂的水泥熟料粉，水泥熟料为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等。高细粉磨的混合材，是固体的工业废料例如矿渣、钢渣、煤矸石，也可以是沸石或上述多种材料的混合物。掺合料也称为合成剂，是助磨剂、增强剂、缓凝剂、特殊性能外加剂等。目标水泥为不同强度等级及品种的水泥，包含低碱低热型、高抗硫酸盐型等。合成高性能水泥技术应用要注意以下三点。第一点是依据所制备的水泥强度等级及性能，调整各成分的类型及用量，并兼顾其制备的均匀性。高细粉磨水泥熟料粉为百分之十到百分之八十，高细粉磨的混合材为百分之三十到百分之八十五，掺入物为百分之一到百分之五。其次是研磨方法可为单独粉碎或复合粉碎。水泥技术掺合料与混凝土掺合料之间应具有较好的相容特性，并应对其进行适应性测试，以全面反映其耐久性能。第二点是是高细混合粉磨技术，可选用高细度、产量较高的管磨机为主要设备。在选用复合粉磨技术时，可按预拌式和后拌式两种方式进行。第三点是高活性掺合料合成技术。干燥后的粉煤灰经过超细粉碎处理，有管磨机和立磨机两种粉碎方式，各有优势。对于管磨，既可以使用预掺式搭配助磨型活化剂，也可以选择后掺方式。立磨先采用后掺方式，并确保混合完全。3 结束语 中国科技期刊数据库 工业 A-167-总而言之，工程建设行业的持续发展，其对水泥的需求也在逐年上升，大量的外加剂被用于水泥生产中，而技术类型的差异，也会产生出相应的作用和优点。在实际的建设生产中，要结合具体工程情况，规划设置水泥工艺外加剂技术标准，明确具体应用种类、数量等规格要求，实现对施工工艺的精准把控，以达到在控制生产投入的前提下，保证水泥制备生产效率满足标准要求。参考文献 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