水泥基非活性混合材活性激发剂的研制及应用
发布时间：2023/2/20 13:41:00
长沙市保灵建材助剂有限公司 王秀贵（410016）
新疆莎车上海建材隆基水泥有限公司 雷辉 侯社平
一． 引言
水泥生产过程中常用的混合材，分为活性混合材和非活性混合材两大类。一般是用28天强度比表示混合材的活性度，强度比大于70%以上的属于活性混合材，强度比低于60%的属于非活性混合材。由于活性混合材在我国大部分地区的资源有限，且价格相对较高，为降低水泥生产成本，故大部分水泥企业，尤其是缺少活性混合材资源地区的企业，尽量寻找非活性混合材来代替。但是非活性混合材由于其活性较低，为了保证水泥质量符合国家水泥标准品质要求，因此它在水泥配料中的掺入量不可能太多。而我国非活性混合材的资源比较丰富，如何尽量提高非活性混合材在水泥中的掺入量，降低水泥中熟料的配比，最大限度实现资源综合利用，实现水泥工业的节能减排，提高水泥企业的经济效益，是我国外加剂行业工作者长期探讨的一个研究课题。
近年来，中国水泥协会外加剂分会副会长单位长沙市保灵建材助剂有限公司，与新疆SC水泥有限公司在这方面进行了技术攻关合作，成功研制出了一种水泥基非活性混合材活性激发剂。经工业性试验证明，这种水泥基非活性混合材活性激发剂不同于传统的水泥助磨剂，它的特点是，能够最大限度的激发非活性混合材在水泥基中的活性潜力，能够较大幅度的减少水泥中的熟料消耗，是取代传统水泥助磨剂的更新换代产品。
二、A型活性激发剂与B型活性激发剂的特点。
非活性混合材一般有煤矸石、粉煤灰等不同品种。长沙保灵公司根据其不同的特性，研制开发了A型和B型两种活性激发剂。
1、A型激发剂是由羟基、氨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），产生一种易挥发的活性物质气体，在大磨内能充分地与粉磨物料接触，减少静电效应，提高粉磨效率。另一种活性物质则不易挥发，且能有效地改变混合材中Si-O键结构，提高混合材的易磨性和激发混合材的活性，从而起到提高水泥各龄期强度的效果。
2、B型激发剂是在A型激发剂的基本配方中，添加了一种多元成分合成的活化酶，复合成B型激发剂。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抑制硅酸盐矿物质在磨内发生水化反应，又能与煤矸石中的活性Al2O3反应生成微量的Al(OH)3胶体，这种胶体包裹在活性Al2O3周围，减缓它与石膏水化反应生成硫铝酸盐的速度，减轻它对活性激发剂中活化成分的吸附作用，从而确保B型激发剂与各种非活性混合材有更好的适应性。
三、试验情况
1. 试验使用的原材料化学成分和物理性能
新疆SC公司的混合材主要是当地丰富的煤矸石，本公司生产的熟料。其原材料化学成分和熟料物理性能见下表一。
表一
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项 目
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LOSS
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
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GaO
|
MgO
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f-CaO
|
SO3
|
Σ
|
|
煤矸石
|
2.32
|
59.11
|
15.87
|
1.97
|
4.10
|
2.84
|
—
|
0.24
|
86.33
|
|
熟 料
|
0.47
|
21.50
|
5.15
|
3.81
|
64.63
|
2.71
|
0.48
|
0.30
|
99.03
|
熟料物理性能
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项目
|
熟料
|
石膏
|
标准稠度
|
初凝时间
|
终凝时间
|
细度
|
比表面积
|
|
指标
|
95%
|
5%
|
25.6%
|
1:42
|
2:00
|
4.9%
|
360㎡/kg
|
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项
目
|
1天强度
|
3天强度
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28天强度
|
|
|
抗折
|
抗压
|
抗折
|
抗压
|
抗折
|
抗压
|
|
|
指标
|
4.6
|
20.7
|
6.2
|
37.3
|
8.5
|
54.5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. 直接进行工业性试验（大磨试验）
常规的试验一般采取先小磨，后大磨试验的程序。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，产品有效成分会在大磨中“挥发”出来参与水化反应，因此在大磨氛围中，更能够充分全面的体现出产品效果。因此，决定直接在该公司水泥磨上进行工业性试验。
3. A型活性激发剂的试验情况
2021年9月份，我们首先在新疆SC公司￠3.8米水泥磨（带辊压机）进行了A剂产品的大磨试验。试验是在未加剂的水泥配比基础上，加入万分之五的A型激发剂，同时直接减少8%的熟料，增加8%煤矸石，试验时间为6小时。同时做好了水泥入库和出库的管理工作。相关试验数据见表-2、表-3、表-4。
表-2 A剂试验水泥的物理性能
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水泥品种
|
A剂掺量 (%)
|
水泥配比 （%）
|
比表面积
|
凝结时间(min)
|
抗折强度（MPa）
|
抗压强度（MPa）
|
|
熟料
|
煤矸石
|
石膏
|
初凝
|
终凝
|
3d
|
28d
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
85
|
10
|
5
|
350
|
102
|
150
|
5.2
|
8.0
|
27.3
|
45.5
|
|
0.05
|
77
|
18
|
5
|
365
|
122
|
162
|
5.5
|
8.1
|
27.9
|
46.5
|
表-3 A剂对水泥水化热的影响 表-4 A剂对台时产量的影响
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水泥品种
|
A剂掺量%
|
水化热值kj/kg
|
|
水泥品种
|
A剂掺量%
|
台时产量
|
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
262
|
384
|
|
42.5
|
空白
|
98吨/时
|
|
0.05
|
270
|
393
|
0.05
|
110吨/时
|
试验数据表明：使用A型激发剂时，水泥比表面积有所提高，凝结时间有所延长，水泥的水化热值有所增加。磨机的台时产量提高了12%以上。尽管减少了8个点的熟料配比，水泥的3天、28天抗折和抗压强度均还有所提高。
4.B型活性激发剂的试验情况
2021年11月份，我们又在SC公司进行了B型剂的工业性试验，其试验方法与A剂相同。试验结果见表-5、表-6、表-7。
表-5 B剂工业性试验水泥的物理性能
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水泥品种
|
B剂掺量 (%)
|
水泥配比 （%）
|
比表面积㎡/kg
|
凝结时间(min)
|
抗折强度（MPa）
|
抗压强度（MPa）
|
|
熟料
|
煤矸石
|
石膏
|
初凝
|
终凝
|
3d
|
28d
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
84
|
11.5
|
5.5
|
348
|
106
|
157
|
5.1
|
8.1
|
25.9
|
46.1
|
|
0.05
|
75
|
19.5
|
5.5
|
351
|
120
|
157
|
5.3
|
8.2
|
26.2
|
48.1
|
表-6 B剂对水泥水化热的影响 表-7 B剂对台时产量的影响
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水泥品 种
|
A剂掺量%
|
水化热值kj/kg
|
|
水泥品 种
|
A剂掺量%
|
台时产量
|
|
3d
|
28d
|
|
42.5
|
空白
|
267
|
387
|
|
42.5
|
空白
|
98吨/时
|
|
0.05
|
272
|
396
|
0.05
|
113吨/时
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试验数据表明：使用B型激发剂与A型激发剂相比，其水泥比表面积、凝结时间、水化热变化不大。磨机的台时产量提高15%以上。尽管减少了9个点的熟料配比，但28天抗压强度还提高了2个MP。说明B剂比A剂的效果更加理想，它对煤矸石、粉煤灰等非活性混合材有着更好的适应性，证明B剂中的多元活化酶在水泥粉磨中所起的作用更大。
四、结论
1、B型激发剂对煤矸石、粉煤灰类等非活性混合材有很好的激发性，对水泥助磨效果和增强作用更加显著。
2.、使用B型激发剂，能够在水泥配比中将大幅度减少熟料用量，增加煤矸石或者其他类似非活性混合材掺量，在保证水泥质量的前提下，大幅度的降低水泥生产成本，这是传统助磨剂无法到达的效果。
3.、如果能采取有效措施，进一步降低入磨煤矸石的水分和减小入磨水泥熟料的粒度，将更能发挥出活性激发剂的助磨和增强效果，有望降低水泥配比中10—12%的熟料消耗。
4、 B型非活性混合材激发剂的成功研制，标志着我国传统水泥助磨剂产业，迎来技术升级、产品更新换代的新时代。将为我国水泥企业充分利用丰富的煤矸石、粉煤灰、石灰石等非活性混合材资源，减少熟料使用量，节能降耗，降低生产成本开拓了广泛地前景，具有较大的企业经济效益和社会环保效益。
目前产品已经在西藏GZ水泥公司和内蒙古MX水泥公司等单位正常使用。