60多年來(lái)，人們一直使用水泥添加劑(或助磨劑)提高水泥粉磨過(guò)程的研磨效率。同時(shí),為水泥制造廠降低生產(chǎn)成本、增加水泥產(chǎn)量，也改善了水泥的操作性能。最近，我們發(fā)現(xiàn)新一代的水泥添加劑被越來(lái)越廣泛地用于水泥的生產(chǎn)，它具有傳統(tǒng)水泥助磨劑的所有優(yōu)點(diǎn)，并且，還能夠改善水泥的質(zhì)量。即人們所周知的“水泥質(zhì)量改進(jìn)助磨劑”或簡(jiǎn)稱為“質(zhì)量改進(jìn)劑”。當(dāng)我們?cè)谒嘀屑尤牖旌喜臅r(shí)，如礦渣、粉煤灰、火山灰或石灰石等，發(fā)現(xiàn)該水泥的強(qiáng)度發(fā)育與純硅酸鹽水泥的強(qiáng)度發(fā)育有差別，為了減少這種影響，使用這種水泥添加劑,即“質(zhì)量改進(jìn)劑”，將會(huì)非常有利于水泥的質(zhì)量。這些添加劑能夠通過(guò)增強(qiáng)水泥和混凝土的強(qiáng)度，調(diào)整水泥凝結(jié)時(shí)間和混凝土的需水量等來(lái)滿足一系列不同的需求。它們所提供的性能優(yōu)勢(shì)比普通水泥助磨劑能夠節(jié)省更多成本，例如，由于它們的使用，能夠提高混合材摻加量，能夠更大程度地降低生產(chǎn)成本并減少對(duì)環(huán)境的影響。本文詳細(xì)探討在水泥生產(chǎn)過(guò)程中使用水泥添加劑取得更大經(jīng)濟(jì)效益的多種可能性。 

　　1、水泥添加劑 

　　水泥添加劑是水泥粉磨工藝外加劑的簡(jiǎn)稱,通常指在研磨過(guò)程中被少量添加的化學(xué)品。根據(jù)歐洲（EN197）及美國(guó)（ASTMC465）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在水泥粉磨過(guò)程中，允許加入少于1％的“添加劑”來(lái)改善水泥粉磨工藝狀況和提高水泥質(zhì)量。但對(duì)所加入的添加劑，必須要通過(guò)詳細(xì)的測(cè)試以及要符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 

　　按照傳統(tǒng)理論，助磨劑的使用原則主要是考慮其助磨效果，即在保持相同細(xì)度時(shí)來(lái)增加水泥磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。但是，隨著應(yīng)用研究的深入，發(fā)現(xiàn)此類助磨劑具有減少磨機(jī)內(nèi)物料的凝聚和糊球的效果，同時(shí)，還能夠改善入選粉機(jī)物料的分散性并可以降低研磨倉(cāng)充滿程度（即影響磨內(nèi)裝料量、物料流速或填隙率等）。 

　　助磨劑的優(yōu)點(diǎn)和其它經(jīng)濟(jì)效益如下：降低噸水泥研磨耗電量；提高磨機(jī)的生產(chǎn)效率；生產(chǎn)相同水泥時(shí)，可以減少磨機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；提高流動(dòng)性，改善水泥操作性能。 

　　一般來(lái)說(shuō)，助磨劑對(duì)水泥的質(zhì)量影響較小或可以忽略。但是，在發(fā)展助磨劑時(shí)，必須進(jìn)行評(píng)估以確保其沒(méi)有負(fù)面影響，例如，是否會(huì)導(dǎo)致夾帶空氣或延遲凝結(jié)時(shí)間等。這些助磨劑大部分是鏈烷醇胺基和聚乙二醇基的化學(xué)品。 

　　“質(zhì)量改進(jìn)劑”是一種復(fù)合水泥添加劑，是從助磨劑演變而來(lái)，從20世紀(jì)30年代就已投入使用。它具有普通助磨劑的所有功能，不同之處是還能夠改善水泥的質(zhì)量。這種水泥添加劑通常利用獨(dú)特的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物復(fù)合而成。當(dāng)此類添加劑獨(dú)立或混合使用時(shí)，它們的配方可以減少混凝土配比中對(duì)水的需求量，能夠延遲或縮短凝結(jié)時(shí)間，還可以增加水泥、混凝土早期強(qiáng)度或后期強(qiáng)度。 

　　2、水泥添加劑的助磨性效益研究 

　　水泥添加劑使用的經(jīng)濟(jì)效益在各個(gè)地區(qū)和各個(gè)工廠差別很大，原因是各地區(qū)市場(chǎng)和各水泥生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備的差異。水泥添加劑的使用成本，也根據(jù)添加劑的價(jià)格和達(dá)到最佳效果所要求的劑量不同而有很大的不同。但有一點(diǎn)是很明確的，綜合分析生產(chǎn)1噸水泥，所用的水泥添加劑成本要小于其提供的收益。對(duì)于這些收益，有的情況評(píng)估起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，有的則比較麻煩。但是其重要性是相同的。 

　　首先作為助磨劑，其效果是提高水泥磨的的生產(chǎn)率，降低水泥粉磨的能源消耗。其經(jīng)濟(jì)性要考慮降低生產(chǎn)每噸水泥所消耗的用電量和電價(jià)。每噸節(jié)省的電量大小，將放在整個(gè)研磨系統(tǒng)中去考慮，通常包括熟料庫(kù)到水泥庫(kù)之間的所有設(shè)備。而不僅僅是只考慮磨機(jī)本身。另外，在需要更高的產(chǎn)量來(lái)滿足目標(biāo)銷售的情況下，它能夠直接導(dǎo)致銷售的增加或提高生產(chǎn)能力以滿足高峰需求，或提供資金投資的其它選擇方案。如果一個(gè)工廠有一個(gè)以上的研磨系統(tǒng)，有低效磨機(jī)（每噸高能耗）和高效磨機(jī)系統(tǒng)（每噸低能耗），則可以最有效的使用高效磨機(jī)系統(tǒng)以達(dá)到最佳的勞動(dòng)生產(chǎn)率。 

　　關(guān)于優(yōu)化磨機(jī)使用，舉例如下，從表1至表3可以看出，某企業(yè)的2臺(tái)磨機(jī)系統(tǒng),在同樣加添加劑的情況下,通過(guò)效率較高磨機(jī)的使用，生產(chǎn)同樣產(chǎn)量的水泥,每年也可以多節(jié)約用電912000kWh(比較表2和表3綜合用電),如果每度電為0.05美元計(jì)算，也就是通過(guò)優(yōu)化磨機(jī)的方法,每年多節(jié)省電費(fèi)接近46000美元。 

　　運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的減少可以使企業(yè)避免在用電高峰時(shí)間使用高價(jià)能源。同時(shí)，還減少了噸水泥生產(chǎn)的修理和維護(hù)成本。這一點(diǎn)主要基于下列事實(shí)，即修理和維護(hù)成本主要和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間有關(guān)，而與磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量變化關(guān)系并不密切。例如，1號(hào)磨機(jī)見表1和表2比較，每年節(jié)省的修理和維護(hù)費(fèi)用為96000美元（見表4）。1號(hào)磨機(jī)在加與不加水泥添加劑時(shí)，同樣生產(chǎn)116萬(wàn)t水泥，其修理和維護(hù)費(fèi)用就相差96000美元，所節(jié)約的電耗共為4594000kWh（即每年229700美元）。因此，每年用243600美元的添加劑成本（假設(shè)每噸700美元，生產(chǎn)每噸水泥使用300g添加劑），能使每年凈節(jié)約成本82100美元。 

　　使用添加劑的一個(gè)潛在好處是水泥操作性能的改善，可以減少水泥裝卸的時(shí)間，增加了水泥庫(kù)的儲(chǔ)存能力，并減少了“結(jié)塊”風(fēng)險(xiǎn)，因此，也減少了輸送及清庫(kù)費(fèi)用。輸送費(fèi)用可能差別很大，有的可能占到銷售價(jià)格相當(dāng)?shù)谋壤?。研究顯示，輸送成本在短距離的情況下達(dá)到每噸8～10美元，而長(zhǎng)距離的情況下，則可以達(dá)到每噸23～27美元（基于1993年歐洲價(jià)格水平）?！敖Y(jié)塊”對(duì)于水泥輸送成本的意義將主要依賴于裝卸的實(shí)際材料所存在的問(wèn)題。使用任何運(yùn)輸方式，都有裝卸的時(shí)間因素。在有“結(jié)塊”的情況下，會(huì)導(dǎo)致裝卸時(shí)間的拖長(zhǎng)，因此，也就增加了裝卸費(fèi)用。在公路運(yùn)輸?shù)那闆r下，這可能減少每天裝貨的數(shù)量。在鐵路運(yùn)輸?shù)那闆r下，裝卸作業(yè)占用總送貨時(shí)間的比例更大，停車裝卸的時(shí)間越長(zhǎng)，就會(huì)增加周轉(zhuǎn)時(shí)間，也增加了送貨費(fèi)用。在水運(yùn)情況下，相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用來(lái)自船舶航班的費(fèi)率、港口費(fèi)用和在港的裝卸作業(yè)費(fèi)用?！敖Y(jié)塊”的存在可能導(dǎo)致時(shí)間延誤，這些延誤會(huì)大量增加了各方面的成本費(fèi)用。 

　　3、水泥添加劑在質(zhì)量改進(jìn)上的效益研究 

　　應(yīng)用質(zhì)量改進(jìn)劑，對(duì)水泥的質(zhì)量會(huì)有預(yù)想的改善，如，增加水泥的抗壓強(qiáng)度。這些水泥添加劑通常具有上面所說(shuō)的“助磨劑”的所有優(yōu)點(diǎn)。但是，通過(guò)提高水泥的性能，也可以取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。提高水泥的這些性能，可能使水泥售價(jià)更高。例如，可以使其成為新型的優(yōu)質(zhì)水泥品種；還可以將使用較少的熟料或使用劣質(zhì)原材料生產(chǎn)出同樣質(zhì)量的水泥而降低生產(chǎn)成本。 

　　格雷斯建材產(chǎn)品公司的TDA(r)系列質(zhì)量改進(jìn)劑開發(fā)于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)開發(fā)的目的是使水泥生產(chǎn)廠家得到比普通助磨劑更多的好處。隨后，又開發(fā)出CBA(r)系列水泥添加劑，使用了特有的醇胺配方，增加了硅酸鹽成分的水化反應(yīng)程度，也等于提高水泥的強(qiáng)度，特別是提高28天的抗壓強(qiáng)度。 

　　與“助磨劑”一樣，使用此類質(zhì)量改進(jìn)劑的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)也根據(jù)地區(qū)的不同相差很大?？傮w來(lái)說(shuō)，使用質(zhì)量改進(jìn)劑會(huì)比使用“助磨劑”增加水泥的噸成本，但是，凈節(jié)約成本費(fèi)用卻更大。 

　　水泥強(qiáng)度和銷售價(jià)格之間的關(guān)系很復(fù)雜也很敏感。但是，在混凝土中，憑經(jīng)驗(yàn)可以將水泥強(qiáng)度與混凝土中的水泥含量聯(lián)系起來(lái)。比如，我們可以假設(shè)1MPa的水泥強(qiáng)度變化就相當(dāng)于1立方米混凝土中6kg水泥的含量差別，水泥的銷售價(jià)格如為60美元/t，那么，如果水泥的強(qiáng)度下降1MPa，則混凝土生產(chǎn)者每立方米混凝土將有0.36美元的成本提高，那么，如果每立方米混凝土中使用300kg的水泥，就相當(dāng)于在每噸水泥上，為了彌補(bǔ)1MPa水泥的強(qiáng)度下降，而增加了1.20美元/t的水泥成本。 

　　質(zhì)量改進(jìn)劑最普遍地應(yīng)用于生產(chǎn)摻有混合材的水泥中，而不是在純熟料水泥中。比如，在礦渣水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥和石灰石水泥中等。這些成分的加入對(duì)所制造出的水泥性能有很大影響，同時(shí),也對(duì)水泥的制造成本有很大影響?；旌喜拇媸炝系目赡苄砸Q于他們對(duì)水泥及工藝性能的影響和相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)質(zhì)量影響相對(duì)有限的情況下，使用質(zhì)量改進(jìn)劑的好處可以允許更多的混合材來(lái)代替熟料。這樣一來(lái)，利用低成本的原材料，就可以大大地減少了制造成本。同時(shí)，也減少了對(duì)環(huán)境的影響，也就是說(shuō)，生產(chǎn)每噸水泥所釋放CO2的排量降低了。熟料可能被混合材取代的實(shí)際百分比要取決于混合材對(duì)水泥性能的影響程度及質(zhì)量改進(jìn)劑所能帶來(lái)的好處。表6說(shuō)明了增加石灰石對(duì)水泥性能的典型變化。 

　　在制造含石灰石的普通硅酸鹽水泥時(shí)，使用CBA質(zhì)量改進(jìn)劑，保持恒定的水泥性能，可以使石灰石增加3％～10％，這將導(dǎo)致大量?jī)舫杀举M(fèi)用。在銷售市場(chǎng)上，相同的給定量熟料，可以通過(guò)非熟料替代熟料來(lái)生產(chǎn)出更多的水泥，從而取得更多的整體利潤(rùn)。 

　　通過(guò)使用質(zhì)量改進(jìn)劑，也能夠使用低石灰石飽和系數(shù)的熟料來(lái)生產(chǎn)高性能質(zhì)量的水泥，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的(見表8)。 

　　4、使用水泥添加劑的效益評(píng)估方法 

　　使用水泥添加劑來(lái)降低生產(chǎn)成本，必須要求對(duì)該水泥廠的現(xiàn)有條件和實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)，還要充分認(rèn)識(shí)水泥添加劑的性能特點(diǎn)。 

　　一般情況下，需要對(duì)所使用的水泥添加劑的成本、影響磨機(jī)臺(tái)時(shí)的生產(chǎn)費(fèi)用和噸水泥粉磨電耗的節(jié)約情況進(jìn)行直接分析。但是，在考慮用混合材來(lái)代替熟料時(shí)，則需要更詳細(xì)的分析。例如，需要了解混合材對(duì)水泥性能的影響，水泥添加劑對(duì)水泥生產(chǎn)工藝的影響和水泥本身性能的要求。而這一點(diǎn)又需要結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)、了解相互之間的關(guān)系、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和工廠評(píng)估。為了方便這些費(fèi)用效益評(píng)估，格雷斯開發(fā)了一套基于EXCEL的電子數(shù)據(jù)表模型，以對(duì)使用水泥添加劑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估。這個(gè)模型使得我們可以對(duì)使用水泥添加劑的好處進(jìn)行快速評(píng)估，它包括磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量與比表面積之間的關(guān)系，比表面積與強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，混合材與比表面積的關(guān)系及混合材與水泥強(qiáng)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。 

　　5、結(jié)論 

　　水泥添加劑在現(xiàn)代水泥制造企業(yè)中扮演重要角色。它們的使用在國(guó)際水泥標(biāo)準(zhǔn)中受到重視，并且已經(jīng)有了70年的使用歷史。水泥添加劑能夠提高水泥行業(yè)的最基本的利潤(rùn)。例如，在增加磨機(jī)產(chǎn)量、降低噸水泥電耗、降低修理和維護(hù)費(fèi)用、改善水泥性能、提高混合材的利用率、降低輸送成本等方面發(fā)揮重要作用，并增加水泥制造企業(yè)的利潤(rùn)。用增加混合材來(lái)生產(chǎn)水泥更具有特別重要的意義。 

　　由于人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到使用水泥添加劑所能帶來(lái)的好處，所以，水泥添加劑已在世界各地得到廣泛的使用。