[原创]相辅相成 合二为一 ——简析水泥粉磨与混凝土制备

  从水泥到混凝土，恰似一个“孩童”，有一天会长大，成为支撑工程建筑的栋梁。

  一段时间以来，由于发展的不同步，在国内，水泥与混凝土被人为割裂开来，成为两个独立的行业，为建筑质量控制和行业可持续发展带来不利影响。

  华南理工大学材料科学与工程学院教授樊粤明，长期以来投身于水泥这一传统产业，将基础研究与实际工程应用相结合，创造了良好的社会效益。对于水泥与混凝土的关系，樊粤明教授将其比喻为孩童，倡导“优生优育”，呼吁人们按材料科学规律发展建设，为盲目追求速度而忽视质量之风打下一针警醒剂。

华南理工大学材料科学与工程学院教授樊粤明

  上个世纪80年代，刚从华南理工大学毕业的樊粤明就已经敏锐的意识到，随着国民经济的高速发展，将带来巨大的水泥建材需求，于是立志将自己所学的相关技术知识应用于实际，提高效益，服务社会。

  30余年来，樊粤明始终坚持“产学研”相结合的发展思路，所有研究都着眼于工程应用中的实际问题，在与塔牌集团、广英集团等企业的合作中，充分发挥校企合作优势，通过资源共享，优势互补，最终达到学校与企业双方的共赢。

  基于多年来对水泥及混凝土的应用研究，樊粤明也逐渐发现，国内企业和单位在水泥、混凝土等建材的生产与应用中存在着较为严重的脱节，不但影响建筑物使用寿命，造成难以挽回的经济损失，更造成严重的资源浪费。为此，他逢会必提，逢人必讲，呼吁人们按材料科学的规律发展建设。

  作为一位有责任、有担当的学者，樊粤明无疑值得我们所有人认同和尊敬。就在日前，中国水泥网记者有幸采访到樊粤明，就水泥粉磨工艺与混凝土制备之间的关系作了一番详细交流。

樊粤明在中国水泥网杭州总部讲课

  不得不重视的水泥颗粒级配

  著名混凝土专家，清华大学廉慧珍教授曾表示，混凝土作为一种极为复杂的建筑材料，其研究应用应当贯穿于整个生命周期。该观点与樊粤明倡导的水泥、混凝土“优生优育”可谓不谋而合。

  对于水泥与混凝土，樊粤明曾经有过这样一段描述。他说，混凝土就像一个婴儿，当他还在蹒跚学步的阶段，不按科学方法照料，反而揠苗助长，这对其将来的健康成长绝对不利。

  在与樊粤明的交流中，他还着重强调到“水泥与混凝土的“优生优育”应该包含三个方面，一是优选材料，根据混凝土性能需求，充分考虑个体材料的优化选择；二是优化配方，按照应用实际选择不同的材料混合比；三是优化加工过程、制造过程。”

  其中，需要指出的是，水泥作为混凝土制备过程中最为重要的胶凝材料，不同品质的水泥将对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能、体积稳定性能、经济性能等产生重要影响，而由于粉磨工艺环节关系到对水泥粒型和级配，因此一直以来受到业内广泛关注。

  对于业内的担忧，樊粤明表示了一定的认同，但也给出了略有差异的答案。在他看来，水泥的颗粒级配和粒型，对混凝土性能的影响是显然的，水泥颗粒分布越开，混凝土的性能越好，但这并不是提高混凝土性能的唯一途径。

  樊粤明告诉中国水泥网记者，水泥标准稠度用水量是影响水泥与混凝土性能的重要因素之一，水泥标准稠度用水量每增加 1％，配制相同流动性能混凝土的需水量将增加 6～8kg/m³。当颗粒堆积的空隙率越大时，需要填充空隙的水量就越多，造成标准稠度用水量增大，而颗粒的堆积空隙率直接受颗粒分布的影响。另外，应用实践也表明，颗粒分布对水泥与减水剂相容性，对混凝土抗压强度，对砂浆及混凝土耐磨性，对混凝土抗碳化性能等等也有直接影响。[Page]

  因此，从这一角度而言，水泥颗粒分布对混凝土性能的影响是巨大且不可避免的。然而，随着材料科学研究的进步，水泥颗粒级配对混凝土性能的影响作用也在减弱，尤其是矿物掺合料研究深入以后，通过矿物掺合料调配混凝土性能得到越来越广泛的应用，并取得了良好的效果，利用较差水泥配制出高品质混凝土成为可能。

  樊粤明告诉记者，在国外部分地区，通过计算粒型配比或者添加矿物掺合料改善水泥性能，已经得到较为广泛的应用，只是由于国内相关技术体系尚未建立，在水泥生产过程中，通过水泥级配和粒型控制提高混凝土性能仍然是主要方式。

樊粤明与广东水泥协会一起赴日本考察

  优质是水泥粉磨节能的前提

  当前，伴随着经济发展步入新常态，与固定资产投资息息相关的水泥行业也已经随之从高速增长进入平台期，面对产能过剩和日益激烈的市场竞争，进一步降低生产成本成为水泥企业的必然选择，粉磨作为水泥生产过程中最主要的耗电环节之一，成为企业降低生产成本的重要突破口。

  然而，正如着名无机非金属材料专家唐明述院士曾提到过的，最大的节能减排应该是延长基础设施建设的使用寿命，也就是说建筑物寿命的延长是最大的节能减排，而混凝土性能好了，建筑物才能更加耐久、更加经济，节能减排效果才能最大。

  事实上，由于水泥的粉磨系统决定了水泥的颗粒组成，颗粒组成将影响到水泥的品质和它所配置的混凝土的性能，而混凝土的五个特性又决定了混凝土的生产成本和混凝土在使用过程中的寿命，因此水泥粉磨也就成为提升建筑物寿命的关键因素之一，据此粉磨节能将不仅仅局限于自身生产的节能。

  而近年来，随着水泥产业结构的调整，粉磨设备越来越大型化，辊压机逐步分担了球磨机部分的破碎与粗磨功能，辊压机与球磨机组成的联合粉磨系统大幅度降低了水泥的粉磨电耗，已成为现代大型水泥粉磨常选的工艺。

  但研究结果显示，随着粉磨工艺系统粉磨效率的提高，粉磨电耗下降，水泥颗粒分布的均匀性系数也随之提高。然而，当前普遍采用的辊压机＋开路磨、辊压机＋开路磨＋助磨剂、辊压机＋闭路磨等工艺均匀系数都远大于0.62，对于混凝土和易性、致密性等等性能产生不利影响。另外，为提高粉磨效率，国内不少企业使用助磨剂，以起到提产、节能的效果，但助磨剂的过量加入会使水泥颗粒更加集中，颗粒堆积空隙率增大，对混凝土结构致密性不利。

  综合而言，水泥粉磨系统的粉磨效率越高，颗粒分布与 Fuller 级配相差越大，配制混凝土的和易性就越差。值得一提的是，对于业内普遍关注的立磨磨制水泥，级配问题更为突出。资料显示，由于粉磨效率更高，水泥的颗粒分布与 Fuller 级配的偏差更大，而这也是造成部分地区混凝土生产企业不接受立磨磨制的水泥的主要原因。

  基于水泥与混凝土之的密切联系，同为华南理工大学教授的吴笑梅表示，水泥生产过程中过于关注粉磨系统自身的节能减排并不能实现对整合社会节能节能减排的贡献，因此评价和衡量水泥粉磨系统的好坏，要在保障终端产品品质的基础上考虑过程的节能减排。

球磨是目前国内水泥粉磨主要方式，所磨制水泥级配粒型较好，但能耗相对较高

  樊粤明进一步指出，对于当前水泥工业升级而言，节能是极为重要的一方面，但是不能忽视的是，需要将水泥的优质摆在第一位，应充分保证水泥各项性能指标达到混凝土制备需求。与此同时，粉磨节能不应该仅仅是电耗的降低，同样需要包括通过自身水泥性能的提升，降低终端产品制备和应用能耗。[Page]

  混合材添加 依据标准因地制宜

  在水泥粉磨过程中，混合材不仅仅扮演者降低水泥生产成本的作用，更在改善水泥性能方面具有重要意义。

  事实也证明，易磨性较好且自身需水量较低的混合材（如石灰石）有利于增加5um以下的细颗粒，对降低水泥标准稠度有利，而易磨性较差的混合材（比熟料易磨性还差，如矿渣、铁渣等），则有利于增加<32um中熟料的含量，即熟料颗粒更接近S.T级配，对提高水泥胶砂强度有帮助。

  另外，在混凝土制备中，根据需要适用矿物掺合料，对提升混凝土性能，降低需水量、提高流动性和密实性、增加强度，提高耐久性和抗腐蚀性等方面具有重要作用。然而，部分水泥企业水泥生产中混合材超掺、乱掺却增加了混凝土质量控制难度和技术风险。

  对此，樊粤明告诉中国水泥网记者：“水泥混合材掺加是有国家标准的，所以水泥可以添加混合材，混凝土可以添加掺和料，但必须严格依照国家标准。”

  事实上，基于水泥中掺加混合材料可以节省熟料、改善水泥性能、增加水泥品种、调节水泥标号并且利于环保等优势，国家为保证混合材的科学应用已经制定了一套完善的标准体系。对水泥混合材中的高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质材料等的定义、分类、技术要求、试验方法和检验规做出了严格规范。

  因此，混合材的选择既要考虑环保和资源再利用，也要考虑其对水泥颗粒组成，生产能耗，及水泥使用性能的影响，并严格按照国家相关标准执行，只有这样，下游混凝土制备过程中才能心中有数，做出较为科学的掺合料搭配，以保证混凝土性能。

  相辅相成的水泥与混凝土

  去年8月住建部和工信部联合发布发文推广应用高性能混凝土。由于我国建筑寿命普遍偏低，高性能混凝土的推广应用，无疑对于延长建筑物使用年限，减少资源浪费具有重要意义。

  而水泥是混凝土组成中最主要的一种原料，对混凝土流动性、强度、耐久性都有重要影响，在当前大力推广高性能混凝土的背景下，水泥如何扮演好自己的角色？

  樊粤明表示，高性能混凝土并不绝对，而是需要根据实际需求加以定义。高性能可以是混凝土工作性，可以是力学性，可以是耐久性也可以是体积稳定性，基于实际需要，相对应的性能将对水泥提出不同的需求。

  樊粤明直言，“具体而言，工作性能高，要求水泥流动性好，力学性能好要求水泥强度高，耐久性好要求水泥耐久性也好，所以水泥对高性能混凝土的意义在于满足特定需求。”

  事实上，随着社会经济的发展，我们对水泥品质的关注一直在变化，除了强度之外，目前在商品混凝土技术的进步的背景下，水泥的标准稠度、外加剂的相容性、水泥的耐久性、体积稳定性等因素越来越被重视。

  樊粤明表示，水泥与混凝土不可分割，理想状态下，水泥应该充分考虑工作性、力学性、耐久性和体积稳定性对混凝土制备的影响，在国内大力推广高性能混凝土的背景下，水泥应该充分服务于混凝土性能要求，满足不同特性需求的混凝土制备。

  作为一位真正的学者，30多年时间，樊粤明将自己的青春和梦想托付给了水泥这一传统行业。如今，樊粤明虽已年近耳顺，但依旧精力充沛，活跃于水泥与混凝土研究的最前线，从不懈怠。当今建筑领域的发展，需要进一步优化水泥生产与混凝土制备工艺，樊粤明以其丰富的专业学识与实践经验，无疑将造福于民，造福于社会，为新时代国民经济建设发挥栋梁作用。