利用水泥添加劑技術(shù)生產(chǎn)綠色高性能水泥

　　綠色高性能水泥是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。水泥工業(yè)實現(xiàn)“新型工業(yè)化”戰(zhàn)略目標(biāo)，中心課題是資源、能源和環(huán)境保護(hù)問題，而關(guān)鍵是圍繞水泥工業(yè)“綠化”進(jìn)程，利用高新技術(shù)創(chuàng)建綠色高性能水泥，實現(xiàn)水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。所謂綠色高性能，即在保證產(chǎn)品優(yōu)越性能的前提下，盡量降低不可再生自然資源、能源的消耗，減少對環(huán)境的污染，更多地利用工業(yè)廢渣和二次能源。利用添加劑技術(shù)生產(chǎn)綠色高性能水泥是一項切實可行的有效技術(shù)措施。

　　一、水泥工業(yè)對資源、能源的需求及其對環(huán)境的影響
　　1. 水泥工業(yè)對資源、能源的需求
　　根據(jù)目前石灰石和煤炭儲量及消耗量情況看，石灰石資源儲量約為450億噸，可開采利用的約為250億噸，每年耗用量若按7.5億噸計，服務(wù)年限不足40年，2003年度，消耗標(biāo)準(zhǔn)煤8700萬噸，占全年標(biāo)準(zhǔn)煤生產(chǎn)量的9%左右，而我國煤炭儲采比不足百年?？梢姽?jié)約資源和能源勢在必行。生料速燒劑是節(jié)約資源和能源消耗的重要技術(shù)。

　　2. 水泥工業(yè)對環(huán)境的影響
　　根據(jù)目前技術(shù)經(jīng)濟狀況測算，生產(chǎn)1噸水泥熟料，需排放粉塵20kg，排放CO₂1000kg，排放SO₂0.24kg，排放NO_x 0.15kg。

　　水泥工業(yè)是粉塵、CO₂和SO₂的排放大戶，其排放量分別為全國工業(yè)生產(chǎn)總排放量的27.10%、21.8%、4.85%。CO₂ 、SO₂和NO_x是造成地球溫室效應(yīng)和酸雨的有害氣體，要想盡一切辦法減少這類氣體的排放。

　　3. 水泥工業(yè)大量利用工業(yè)廢渣
　　水泥工業(yè)既有對環(huán)境造成污染的方面，同時又有大量利用工業(yè)廢渣變廢為寶的一面。由于環(huán)保和循環(huán)利用工業(yè)廢渣的雙重目的，工業(yè)廢渣的利用得到各國政府的高度重視。目前工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)主要用于做水泥原料、水泥混合材料、水泥燃料和改性材料。利用工業(yè)廢渣的新技術(shù)、新設(shè)備、新方法、新政策相繼問世。特別是水泥工業(yè)烘干技術(shù)，均化技術(shù)，高細(xì)粉磨技術(shù)和水泥外加劑技術(shù)的發(fā)展，為大量利用工業(yè)廢渣，生產(chǎn)綠色高性能水泥提供了有效途徑。如山東宏藝科技有限公司生產(chǎn)的HY系列高效復(fù)合水泥添加劑，在不增加固定資產(chǎn)投資、不改變生產(chǎn)工藝的情況下，可使水泥中礦渣摻加量達(dá)50-80%，粉煤灰等工業(yè)廢渣摻加量達(dá)30-60%，生產(chǎn)綠色高性能水泥，同等情況工業(yè)廢渣摻加量提高50%以上，噸水泥可節(jié)約成本15元以上。如果我國水泥全部采用高效復(fù)合水泥添加劑，僅此一項每年可為國家創(chuàng)造100多億元經(jīng)濟效益，社會效益和環(huán)境效益顯著。添加劑技術(shù)是發(fā)展綠色高性能水泥的重要技術(shù)措施。

　　二、利用水泥添加劑技術(shù)生產(chǎn)綠色高性能水泥
　　（一） 利用生料速燒劑技術(shù)煅燒綠色高性能水泥熟料
　　生料速燒劑技術(shù)是在復(fù)合礦化劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的集礦化、助熔、雜化、助燃、速燒為一體的復(fù)合高效環(huán)保型礦化劑。其主要作用機理是：①降低反應(yīng)物質(zhì)點間的鍵能，提高化學(xué)反應(yīng)活性，強化SiO₂和CaO的反應(yīng)能力。②促使液相提前出現(xiàn)，增加液相量，降低液相粘度，降低燒成溫度。③促使早強礦物及C₃S微晶形成，從而加速了硅酸鹽礦物的形成過程。④由于微量元素的固溶，提高了礦物中有缺陷的微晶數(shù)量，同時對C₃S和β-C₂S起穩(wěn)定作用。⑤提高煤炭燃燒速度和質(zhì)量，促使熟料在較低溫度下（1200-1300℃）快速燒成，由于熟料燒成時間短，減少了窯內(nèi)還原氣氛，使水泥熟料在煅燒時形成良性循環(huán)，從而提高熟料產(chǎn)質(zhì)量，降低熟料熱耗。山東宏藝科技有限公司在此方面進(jìn)行了深入的研究，形成了針對立窯和回轉(zhuǎn)窯兩種窯型的生料速燒劑定型產(chǎn)品。在眾多水泥廠使用后取得了可喜的成果。大量生產(chǎn)實踐證明，使用生料速燒劑可提高熟料臺時產(chǎn)量10%以上，可降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗10%以上，熟料強度提高10%以上，噸熟料成本降低10元以上。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者大量研究，生料速燒劑用于綠色高性能水泥熟料的生產(chǎn)一般分為兩個方面：一用于石灰石耗量少的低鈣熟料的生產(chǎn)，以加速活性低鈣礦物的形成和穩(wěn)定，降低燒成熱耗；二是在傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料基礎(chǔ)上，改善熟料性能或水化活性，從而提高水泥熟料的使用效率和混合材使用效果。

　　1.利用生料速燒劑技術(shù)煅燒低鈣綠色高性能硅酸鹽水泥熟料
　　由于熟料CaO含量低（一般<60%），煅燒溫度低（低于1300℃），熟料煅燒耗能和CO₂排放將大幅度降低，另外還可大量采用低品位原料及工業(yè)廢渣。同時燒成溫度低也可使NO_x、SO₂的排放大幅度降低。自上世紀(jì)80年代以來研究最多比較成功的當(dāng)屬高貝利特硅酸鹽水泥（HBC），這種水泥熟料中C₂S含量大于40%，噸熟料可節(jié)煤20-30%，并降低CO2排放量120-160kg。以這種水泥配制砼，可改善砼耐久性，降低砼溫升，提高砼工作性及外加劑使用效果，但這種水泥早期強度低，后期強度高，這種熟料需引入較多水化活性較高的鋁酸鹽、硫鋁酸鹽、氟鋁酸鹽或氯鋁酸鹽礦物，以利提高早期強度。生料速燒劑可引入上述早強礦物，又可起到穩(wěn)定β-C2S的作用，同時發(fā)揮提高產(chǎn)質(zhì)量，降低能耗保護(hù)環(huán)境的重要作用。在使用速燒劑生產(chǎn)的低鈣水泥熟料的同時使用水泥助磨增強劑可進(jìn)一步提高水泥強度。

　　2. 利用生料速燒劑技術(shù)煅燒高鈣綠色高性能硅酸鹽水泥熟料
　　我國水泥生產(chǎn)中42.5級以上水泥產(chǎn)量僅為水泥總量的20-30%。以至水泥砼行業(yè)水泥需求量大，砼資源綜合消耗大。所以提高熟料質(zhì)量，提高熟料和混合材利用效率是水泥行業(yè)的技術(shù)重點。熟料的礦物組成、結(jié)構(gòu)和晶體尺寸決定了水泥熟料質(zhì)量，而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料與配料方案，煅燒制度和添加劑應(yīng)用密切相關(guān)。國內(nèi)外大量研究證明，要提高水泥強度應(yīng)盡量提高硅酸鹽礦物（C₃S+C₂S）含量（≥73%），提高早強礦物C₃A含量（9-13%），降低鐵鋁酸四鈣（C₄AF）含量（<13%）。實踐證明高硅低鐵配料方案，是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要技術(shù)措施。許多企業(yè)嘗試高硅配料方案：KH=0.92-0.94，SM≥2.5，IM≥1.5。這一方案可燒出質(zhì)量相當(dāng)高的熟料：C₃S+C₂S≥73%，f-CaO≤2%，3天強度≥43MPa，28天強度≥65MPa，而且熟料產(chǎn)量高，易磨性好。因高硅低鐵方案易燒性差，所以需生料速燒劑技術(shù)配合。

　?。ǘ├酶咝?fù)合水泥功能添加劑技術(shù)生產(chǎn)綠色高性能水泥
　　高效復(fù)合水泥添加劑是集助磨、增強、改善性能、降低成本為一體的高科技產(chǎn)品，是生產(chǎn)綠色高性能水泥的重要技術(shù)措施。其作用原理是：通過助磨功能提高磨機產(chǎn)量，提高比表面積，從而提高水泥強度。水泥增強劑的增強功能主要是添加劑中的化學(xué)物質(zhì)與水泥及混合材中的鈣、硅、鋁等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成有助水泥增強的水化產(chǎn)物，同時造成水泥中氧化物的晶格缺陷，提高其反應(yīng)活性。應(yīng)用高效復(fù)合水泥功能添加劑技術(shù)在不增加固定資產(chǎn)投資，不改變生產(chǎn)工藝的情況下，達(dá)到提高水泥產(chǎn)質(zhì)量、降低成本、生產(chǎn)綠色高性能環(huán)保水泥的目的。HY系列高效復(fù)合水泥功能添加劑是獲得國家發(fā)明專利、得到國家科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金無償支持的項目、國家火炬計劃項目和國家級重點新產(chǎn)品。下面以國家級高新技術(shù)企業(yè)山東宏藝科技有限公司研制開發(fā)、生產(chǎn)的強力牌HY系列高效復(fù)合水泥添加劑為例，闡述利用高效復(fù)合水泥添加劑技術(shù)，生產(chǎn)綠色環(huán)保水泥的技術(shù)方案。

　　1. 生產(chǎn)高強度水泥
　　其方法是熟料加30-70%礦渣，加高效復(fù)合水泥增強型添加劑，適量石膏，經(jīng)高細(xì)粉磨。比表面積達(dá)到400m²/kg以上，生產(chǎn)水泥28天強度可超過其熟料強度。同等情況下與不摻添加劑的水泥相比可提高一個標(biāo)號。

　　2.生產(chǎn)低堿低熱水泥
　　一般情況下熟料中堿的含量是一定的，用高效復(fù)合水泥添加劑技術(shù)高摻量低堿礦渣或低堿粉煤灰，控制最終水泥堿含量達(dá)標(biāo)即可。如低堿礦渣水泥、低堿粉煤灰水泥、低堿復(fù)合水泥。同時可生產(chǎn)低熱水泥，如低熱礦渣水泥、低熱粉煤灰水泥、低熱復(fù)合水泥或低熱低堿礦渣水泥、低熱低堿粉煤灰水泥、低熱低堿復(fù)合水泥。

　　3. 生產(chǎn)高抗硫酸鹽水泥
　　利用高效復(fù)合水泥添加劑技術(shù)大摻量礦渣（60-70%），適量石膏，高細(xì)粉磨，即可制得符合標(biāo)準(zhǔn)要求的高抗硫酸鹽水泥。

　　4. 生產(chǎn)綠色環(huán)保型水泥
　　大量利用工業(yè)廢渣，不僅降低了水泥生產(chǎn)成本，而且有效地改善了水泥的性能，增加了水泥的耐久性。

　　5. 改善水泥的性能
　　使用高效復(fù)合水泥添加劑后大幅度地增加了混合材摻量，更有效地消除了熟料中f-CaO，使水泥的干縮性、抗凍融性、抗?jié)B性、抗碳化能力、抗侵蝕能力、水泥顏色等方面得到了較大改善。

　　6. 利用緩凝型高效復(fù)合水泥添加劑生產(chǎn)緩凝水泥或超緩凝水泥
　　高速公路建設(shè)、大體積砼建設(shè)都需緩凝或超緩凝水泥，用緩凝型高效復(fù)合水泥添加劑可簡單地生產(chǎn)上述水泥。

　　7. 生產(chǎn)其它特種水泥
　　用硅酸鹽熟料、鋁酸鹽熟料或者硫鋁酸鹽熟料加添加劑生產(chǎn)特種水泥的方法無疑是方便易行、成本較低的方法。例如用硅酸鹽水泥熟料加膨脹劑生產(chǎn)膨脹水泥或自應(yīng)力水泥；用硅酸鹽水泥加速凝劑生產(chǎn)初凝在3分鐘之內(nèi)、終凝在10分鐘之內(nèi)的速凝水泥，用于噴射混凝土；用硫鋁熟料加促凝早強劑生產(chǎn)特快硬水泥，用于掄修快建等。

　　8. 生產(chǎn)高活性摻合料
　　將工業(yè)廢渣或礦物材料烘干后，加入具有激發(fā)性能的高效復(fù)合水泥添加劑，經(jīng)高細(xì)粉磨即可生產(chǎn)高活性摻合料。