火山灰水泥助磨剂的研制

　　一．引言

　　火山灰是由于地质地貌的运动和变化引起火山爆发喷出的一种灰粉或由灰粉聚集而形成的火山石，在我国云南、贵州、广东等地区有着十分丰富的火山石资源。它可以作为生产水泥用的一种混合材，但是由于其活性较低而决定了它在水泥中的掺量较少。为了更进一步提高火山石在水泥中的掺量、降低水泥中熟料的消耗，实现资源的充分利用和水泥工业节能减排以及提高水泥企业的经济效益的目的，长沙保灵建材助剂有限公司与云南盈江允罕水泥有限公司为此进行了技术合作，并成功地研制出了一种高效火山灰水泥助磨剂。

　　二．研制方法

　　1.火山石及其它原料的化学分析

　　我们为了便于研制火山灰水泥助磨剂，首先对火山石进行化学分析，发现它和粉煤灰有着类似的化学成分。见表1。

　　表-1 火山石、粉煤灰、熟料的化学分析

　　2. 水泥助磨剂直接进行工业性试验的理由

　　人们通常研究水泥助磨剂产品采取的是先小磨、后大磨试验的方法，认为这种方法具有一定的可靠性。然而小磨试验只是对大磨试验的一种状态模拟，物料在小磨中处于封闭状态，而在大磨中是一种流动形态，因而一般情况下物料在小磨中的“过粉磨”现象比在大磨中严重；小磨内的环境温度较低，大磨中的环境温度则较高，不同助磨剂的成分不尽相同，有的有效成分会在大磨中“挥发”或参与水化反应而损失，有的则能在大磨的氛围中更充分地发挥出效果。因此，大磨试验比小磨试验能更全面、更真实地反映出水泥助磨剂的效果。有人担心万一水泥助磨剂的效果如果差就会造成水泥质量事故，但只要助磨剂产品的配方设计合理并在试用过程中相应缩短试验时间、事先做好水泥进库和出库的管理工作，即便出现了问题也可以把它解决在萌芽状态之中。

　　3.A型水泥助磨剂的试验

　　依据火山石的化学成分与粉煤灰的化学成分相近的特点，我们先选用A型水泥助磨剂（下文简称“A剂” ）直接进行了大磨试验。A剂是由长沙保灵助剂有限公司自主研发的一种适用于低活性混合材水泥生产的新产品，它是由羟基、胺基和羧基的表面活性物质和具有“激发”作用的无机盐复合而成的。它在较高的环境温度下（如大磨内），其中有些活性物质易挥发成气体，能充分地与粉磨物料接触，并起到“润湿”和消除“静电作用”从而提高粉磨效率；而其中的另些活性物质则不易挥发并能有效地改变混合材中Si-O键结构，能提高混合材的易磨性和活性，从而起到提高水泥各龄期强度的效果。这种A剂产品已获得了国家发明专利申请受理，已广泛地应用于水泥生产中，并深受广大用户的欢迎。

　　2010年9月份，我们去云南盈江允罕水泥有限公司进行了A剂产品的大磨试验。加剂试验是在未加剂的水泥的配比基础上降5%熟料、增加5%火山石，加剂试验时间为2小时，并事先相应做好了水泥入库和出库的管理工作。相关试验结果见表-2、表-3。

　　表-2   A剂工业性试验水泥的物理性能

表-4   B剂工业性试验水泥的物理性能

表-3  A剂对水泥水化热的影响                                      表-5  B剂对水泥水化热的影响

　　试验数据表明：(1) 在粉磨32.5水泥时，加入A剂的水泥比表面积反而比空白试验的水泥比表面积稍小，这是由于火山石一方面具有许多小孔，吸附水的能力较强，该水泥厂入磨火山石的水分通常为3.5%左右；另一方面火山石的硬度并不大，但它却较绵软，不利于粉磨。随着火山石掺量的增加，粉磨效率相应会降低。(2) 加入A剂粉磨32.5水泥的凝结时间比空白试验稍缩短，水泥3d的水化热值和强度均有提高，但水泥28d的水化热值和强度却稍有下降，这是由于水泥中由火山石提供的Al2O3具有较高的活性，它能和石膏迅速发生水化反应，生成硫铝酸盐并吸附了A剂中部分活性物质，这种硫铝酸盐具有较高的早期强度，但后期强度较低。(3) 粉磨42.5水泥时，加入A剂的水泥比表面积比空白的大，凝结时间也缩短了，并且水泥的各龄期水化热值和强度均提高了，这是因为42.5水泥中火山石的掺量比32.5水泥的少，物料中含水量也就小些，有利于物料在磨内粉磨；水泥中由火山石提供的活性Al2O3含量也相应减小，A剂中的活性物质被Al2O3吸附的数量减小，水泥在水化过程中生成硫铝酸盐的量也会相应减少。(4) A剂对42.5水泥适应性较理想，但对32.5水泥的适应性稍显不足。

　　4. B型水泥助磨剂的试验

　　根据A型水泥助磨剂的试验情况，我们又在A型水泥助磨剂中添加一种由多元成分合成的活化酶，复合成B型水泥助磨剂（下文简称“B剂” ）。从理论上分析，这种活化酶既能更进一步消除粉磨过程中产生的“静电作用”和暂时抑制硅酸盐矿物质在磨内与水发生水化反应，它又能与火山石中的活性Al2O3反应生成微量的Al(OH)3胶体，这种胶体并包裹在Al2O3周围，减缓它与石膏水化反应生成硫铝酸盐的速度，并减轻它对水泥助磨剂活化成分的吸附作用，从而确保B剂与火山灰水泥有更好的适应性。

　　2010年11月份，云南盈江允罕水泥有限公司又对B剂进行了工业性试验，其试验方法与A剂相同。试验结果见表-4、表-5。

　　试验数据表明：1. B型水泥助磨剂分别在粉磨32.5、42.5水泥过程中与各自未掺助磨剂的空白试验相比，其水泥比表面积增加、凝结时间也相应缩短了，各龄期水化热值及强度均有所提高；2. 从而证实B剂中活化酶所起的作用与理论上的分析相吻合。3. B剂比A剂的效果更理想，它与火山灰水泥有着更好的适应性。

　　三 结论

　　1. B型水泥助磨剂与火山灰水泥有很好的适应性，它对水泥的助磨效果和增强作用显着。

　　2. B型水泥助磨剂试验时，在水泥配比中降5%的熟料（增5%火山石）的情况下，水泥3d、28d抗压强度均还能提高1MPa以上，这说明使用B型水泥助磨剂生产水泥时，能降低水泥配比中6%以上的熟料消耗（增加6%以上的火山石掺量）。

　　3. 通过“性价比”分析，云南盈江允罕水泥有限公司使用B型水泥助磨剂后，每吨水泥比原来使用某厂助磨剂多提高经济效益3.0元。

　　4. 如果水泥厂能采取有效措施，进一步降低火山石的水分和减小入磨水泥熟料的粒度，那么将会更好地发挥出水泥助磨剂的效果，有望降低水泥配比中8%以上的熟料消耗，能为每吨水泥带来8.0元的利润。

　　5. B型火山灰水泥助磨剂的成功研制为我国水泥企业利用火山灰资源、降低熟料的消耗提供了有利条件。