水泥外加剂是在水泥生产及应用中少量加入的、具有改善和调节某些水泥性能作用的化学助剂。在双碳背景下，水泥外加剂近年来在固废利用方面发挥的作用日益凸显。
近日，在由中国硅酸盐学会固废与生态材料分会、《中国建材报》社联合主办，中国硅酸盐学会固废与生态材料分会副秘书长于立安主持的第十一期固废利用锵锵四人行交流活动上，建筑材料工业技术情报研究所首席专家李江，北京工业大学材料与制造学部副教授王剑锋，中散协固废综合利用专业委员会执行会长王振华围绕水泥外加剂的创新发展与固废高效利用展开交流。大家一致认为，水泥外加剂在固废利用方面应用前景广阔。
李江：自诞生就肩负起减碳使命
水泥外加剂的应用情况如何？针对这一问题李江表示，在水泥生产过程中使用的各种外加剂往往具有特定功能，可分别在增加磨机产量、提高水泥强度、节省燃煤、减少二氧化硫排放，以及提高大宗工业固废的活性方面发挥重要作用，其特点是用量小、使用简便、成本低、技术经济效益高。在应用方面，目前使用范围最广的是水泥助磨剂，全国95%以上的水泥管磨都在应用。
2009年，水泥助磨剂被正式明确为外加剂的一种。如今人们所说的水泥外加剂大多指的是应用于水泥当中功能性的助剂，其特点是要有一定功能。国际上20世纪20年代就开始使用液体的水泥助磨剂，并且形成了国际专利；我国上世纪60至80年代间开展过一些研究，90年代进入发展期，主要有粉体助磨剂和液体助磨剂两种，但应用比例比较少。进入21世纪，国内大型水泥助磨剂会议开始增多，2010年水泥外加剂占比不到50%，2015年水泥外加剂覆盖到70%的水泥生产中，如今水泥助磨剂在水泥生产当中已经实现了全覆盖。
谈到水泥外加剂的发展史，李江指出，在研发方面，早期用粉体助磨剂的比较多，但随着立窑减少，人们把目光转向液体助磨剂。当前，在水泥外加剂的发展过程中呈现两大特点，一是产品方和应用方进行了融合，有的应用方直接涉及产品的研发，说明应用方越来越清楚地认识到水泥生产离不开水泥助磨剂；二是在水泥生料方面也在推进水泥助磨剂的应用，早期从经济指标不能直接体现外加剂的作用，后来发现其功能更多体现在熟料质量及节煤上，虽然只是一个新的起步，但很可能呈现快速发展态势。
双碳目标的提出，对我国的产业界和科技界都有着深远的影响。水泥行业是碳排放大户，在助力水泥工业完成双碳目标的过程中，水泥外加剂将作出突出贡献。
水泥外加剂在助力水泥工业碳减排方面，从投入使用以来就发挥出巨大作用。当前，水泥外加剂面临的主要问题是如何把这个贡献进行量化。李江提出，目前人们描述水泥助磨剂时都会说产量提高多少，电耗下降多少，混合材掺量提高了多少，熟料综合下降多少，水泥强度增长多少等，下一步行业要做的就是将这些作用进行量化，最后折算成减碳指标。除此之外，从水泥全生命周期角度来看，在现有水泥生产工艺不变的情况下，水泥外加剂在助力水泥工业减碳发展方面，从原料上来看，要聚焦大宗工业固废在水泥工业生产中的使用。其中包括矿渣、粉煤灰、煤矸石、冶金渣等，如冶金渣每年存量约1亿吨，水泥作为重要的消纳方，在消纳过程中外加剂势必然起到关键作用。其次，水泥外加剂在生产环节还有利于优化控制，可以通过对外加剂配方的调整来带动水泥生产配方的优化生产，不仅可以应用到生料配方控制环节，保证熟料的质量和降低熟料的能耗，还可以通过外加剂和其他助剂的调整增加生产效益及达到减碳指标。
当前，水泥外加剂行业整体取得了很大进展，但未来仍有很多工作要做。李江表示，通过数字化把水泥外加剂减碳贡献进行量化是就是主要工作。另外，行业不仅要加强外加剂教学和标准方面的工作，还可以在固废利用方面加大探索力度。比如，外加剂企业可以探索如何将有些化工企业的废液作为原材加以利用。
王剑锋：拓宽助磨剂应用领域势在必行
王剑锋主要从事水泥外加剂的基础理论与开发应用研究。提到水泥助磨剂的作用他表示，通常说的助磨剂一般都指的是水泥助磨剂，作为水泥外加剂最重要的成员，水泥助磨剂是水泥外加剂中应用最广泛的一种。助磨剂有三大作用。其中，助磨和增强是水泥助磨剂的两个最重要的作用。由于助磨和增强作用一般都是通过醇胺来实现的，所以助磨和增强也是水泥助磨剂不可分割的两个作用。还有一类属于助磨剂的功能化作用，这主要是因为助磨剂一般为液体，水为溶剂，因此可以充当很多功能组分的载体。因此，助磨剂的三大作用也可以概括为节能、减排、增效。
拓宽助磨剂的应用领域一直是水泥外加剂行业努力的方向。提到助磨剂的应用，王剑锋表示，水泥助磨剂应用于水泥的粉磨过程，其助磨作用和增强作用不仅可以降低水泥粉磨能耗，降低生产成本，提高水泥品质，增加固废用量，还可以在需求旺季，增加水泥生产能力，给水泥企业带来明显经济效益。但随着助磨剂研发与应用技术不断发展，尤其是最近的应用研究表明，助磨剂的助磨作用不仅体现在球磨机上，在其他粉磨设备中也能发挥作用，因此助磨剂开始在胶凝材料生产的其他环节开始应用。如在生料粉磨过程中，助磨剂被发现仍然具有提产效果，不仅是球磨生料，立磨、辊压机磨生料同样具有提产效果，主要是通过吸附分散作用，提高选粉机的选粉效率。尤其是添加助磨剂的生料粒度分布有所改善，生料易烧性增强，因此还具有一定的节煤作用。除此之外，助磨剂还可以在超细石灰石粉、非金属矿的粉磨过程中应用。在冶金渣、尾矿、制备辅助胶凝材料的过程中，助磨剂的激发活性作用也越来越多被认可。
水泥外加剂可以有效提高胶凝材料的活性，相较于碱激发胶凝材料，这两个概念的区别在哪里？具体的激发原理是什么？有哪些优势，还存在哪些问题？针对这些问题王剑锋指出，碱激发胶凝材料是现在胶凝材料研究的热点领域，所用的主要激发剂为钠基和钾基的硅酸盐、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等，激发对象主要是具有火山灰活性的固废，且一般用量较大。而水泥外加剂的激发作用体现在两个方面，一是物理作用，通过优化颗粒分布来增加可水化的水泥颗粒；二是化学激发作用，主要通过醇胺等有机小分子物质作用，激发对象主要为水泥熟料，以及熟料混合材的复合体系，其优点是掺量小，且对后期强度无不利影响，甚至能大幅度增加后期强度。存在的问题主要是对掺量变化敏感，并非越多越好，掺量过高有缓凝作用；对硅酸盐的水化促进效果较弱；醇胺分子结构差异对强度发展的影响大，不同醇胺对不同矿物组成和不同配料的作用效果差别很大。
科技是第一生产力，从技术创新角度出发，进一步挖掘水泥外加剂激发胶凝材料活性的潜力非常重要。对此，王剑锋建议，一是随着双碳战略的深入，未来助磨剂要紧跟国家政策，在低碳胶凝材料激发和低熟料水泥过程中充分发挥作用，实现高质量发展。二是水泥助磨剂与混凝土外加剂合二为一，一方面可以充分利用混凝土外加剂的分散能力；另外还可以在水泥助磨剂应用的过程中结合混凝土的工作性和耐久性能，使水泥助磨剂直接服务于混凝土的质量。三是与固废处理结合，无害的多羟基有机固废可作为助磨物质来使用。四是加大研发投入，尤其是基础研发。建立水泥矿相、混合材与助磨剂分子结构的关系，为新原材料开发与精准使用助磨剂提供技术支撑。五是把好的产品用好也非常关键，生产厂家的服务水平和终端客户的应用水平是发挥最大效果的关键。
王振华：助力固废材料品质是发展方向
当前，开展资源综合利用是我国深入实施可持续发展战略的重要内容，推进大宗固废综合利用对提高资源利用效率、改善环境质量、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。
对于水泥外加剂行业来说，在推进固废利用方面可以做些什么？它与固废利用之间又存在着怎样的联系？针对这些问题王振华表示，水泥生产的典型流程是两磨一烧。随着水泥行业在环保领域涉足越来越深，水泥企业已不只是单纯地生产水泥，还涉及环保固废领域方面的深层次技术，因而当今具备环保功能的水泥企业，生产过程中在水泥产量、质量和性能方面具备多因素交融的特点，在此方面化学材料水泥外加剂必不可少、功不可没。
当前，固废的高效利用是一个热点问题，也是建设美丽中国的必要条件。谈到水泥外加剂对大宗固废（矿粉、粉煤灰等）高效利用的作用，王振华表示，矿粉当前在水泥生产应用中主要是粉磨后与水泥成品进行勾兑。矿渣活化剂作为水泥外加剂中的一种细分产品具有广阔的应用前景。由于生产工艺与原材料的差异，导致所产出的矿渣的易磨性和活性各有不同，通过混合粉磨可以对活性较好、易磨性也较好的矿渣进行一定程度的选择性粉磨，有利于提前发挥高活性矿粉的活性潜力，同时激发低活性矿粉的活性，以达到整体提升矿渣粉活性的目的。而粉煤灰在水泥配料中使用，存在水泥配料优化的问题，水泥外加剂在此方面发挥了重要作用。
据了解，当前行业整体呈现大型水泥集团助磨剂自生产，购买原材料复配；部分单体水泥企业自生产，大部分购买母液复配的趋势，目的主要是降低助磨剂使用成本，并且使用放心。值得注意的是，助磨剂的应用属于水泥和化学的交叉学科，是水泥材料科学、水泥配料技术和表面活性剂化学的结合点，技术内涵深刻，不可以将助磨剂简单理解为购买一个配方复配好就行的技术套路。
随着水泥企业标准化、信息化、智能化管理延伸到水泥配料生产全领域，当前水泥助磨剂行业经营参差不齐的乱象将逐渐得到治理，并规范水泥助磨剂的应用模式，使助磨剂的应用更具针对性和科学性，向智能化方向发展。对此，王振华认为，下一步行业可以通过对水泥配料和助磨剂配方的互动式应用，为水泥配料优化、水泥生产成本控降提供有效解决方案。中散协固废综合利用专业委员会联合行业高新技术企业，共同推出一种基于水泥助磨剂的水泥配料智能生产系统，不仅可以根据助磨剂配方即时匹配水泥配料生产，满足水泥配料生产变化和水泥性能要求，还可以通过对水泥企业的个性和共性方面的研究，构建相应水泥企业水泥配料优化助磨剂配方优化应用数据库，为水泥配料优化应用技术，以及水泥助磨剂配方智能化奠定技术基础，打造水泥配料智能生产系统，实现全新的技术应用模式，更好地服务于水泥企业。
固废的资源化利用，是实现双碳目标的重要手段之一，当前还有很多难点问题需要解决。王振华指出，一是产业集中、资源产出地与市场的流通问题，尤其是粉煤灰的应用，大量西部的优质粉煤灰无法得到利用，被遗弃处理。现在仅有超细粉煤灰具备长距离运输的价值，但体量较小。二是中低活性矿渣的资源化利用问题，例如钒钛渣、低活性矿渣。三是使用安全性，例如钢渣等，通过超细粉磨可以解决部分问题，如何安全使用，行业仍在继续评估研究。四是化学外加剂，也就是水泥外加剂的衍生产品，将在此方面起到重要的作用，需要大家继续密切关注。
王振华表示，实现智能化工厂的必要基础条件是标准化、信息化和数字化。在当前水泥行业智能化变革的关键时期，作为水泥生产中必不可少的一种节能降耗、提质增效的高科技产品，助磨剂行业的智能化研究与应用对水泥行业的可持续发展和推动水泥助磨剂行业的技术进步具有重要意义。另外，固废材料的大宗处理将成为主流，提升固废材料的品质和质量稳定性是未来发展的主要方向。
中国建材报记者：吴跃
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