导言
在材料科学的许多领域，特别是建筑领域，机械化学活化（MCA）是一项发展迅速的技术。它以应用机械和化学过程对材料进行改性为基础。机械化学活化技术的主要应用之一是活化水泥中的添加剂，即胶凝补充材料（SCM）。这些材料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣、天然沸石和各种粘土，它们可以取代部分波特兰水泥，从而取代水泥中的熟料含量。这就大大减少了水泥生产过程中的二氧化碳排放量。
标准和协调机制的背景及其重要性
传统的波特兰水泥生产消耗大量能源并释放大量二氧化碳。在熟料燃烧过程中，通过将CaCO3分解成 CaO 和CO2以及燃烧该过程所需的化石燃料或替代燃料，会产生每吨水泥约 500 千克二氧化碳的初级或范畴 1 排放。范畴 1 排放量约占水泥二氧化碳足迹总量的 85% - 90%。使用单体材料最大限度地减少水泥和混凝土混合物中的熟料含量为减少这些排放提供了巨大潜力。此外，单体材料还可对水泥的长期强度、需水量、耐化学性和工作性产生积极影响。
粉煤灰、粒化高炉矿渣和硅灰等单质材料是其他行业的副产品，因此有助于废物回收利用。虽然这些材料本身具有可用于混凝土拌合物的水青石特性，但通过机械化学活化，它们的反应活性会显著提高。此外，粘土等材料本身几乎不具有或根本不具有水青石特性，但也可以通过机械化学活化法加以利用。在对粘土进行活化时，也可对现有矿坑中的废料或粘土和陶瓷工业中的低级粘土进行机械活化，从而提供与上述副产品类似的资源节约型 SCM 生产。
机械化学活化的基本原理
机械化学活化是指以研磨或变形的形式向材料施加机械能，这种能量会引发或加速化学反应。在对单体材料进行机械处理时，材料会在密集的研磨过程中被粉碎，其表面积会急剧增加。表面积增大后，化学反应可以更快、更有效地进行。
除了增加表面积，机械化学活化过程还会导致材料的晶体结构发生变化。这意味着结晶结构被破坏，形成无定形的活性相，与水泥水化过程中产生的硅酸盐形成额外的 C-S-H 和 C-A-H 相。这种二次C-S-H的形成可使密度更高，从而提高强度。这尤其适用于粉煤灰等材料，因为粉煤灰中几乎不含反应相，而机械化学活化可显著提高其反应性。
激活机制
机械化学活化遵循几种基本机制：
- 特定表面增大：研磨显著增加了材料的表面积，使更多的反应位点可用。
- 缺陷形成：机械应力导致晶格缺陷和断裂，使其化学反应更加活跃。
- 相变：机械能可将稳定的晶体相转变为化学反应性更强的无定形高能相。
- 提高溶解度：机械化学活化还能提高材料在水泥基质中的溶解度，从而额外形成 C-S-H 和 C-A-H 相，并支持水泥的硬化。
机械化学活化的应用和优势
将机械化学活化技术应用于单片机具有许多显著优势：
提高反应活性
减少水泥含量
可持续性
节约成本
能源
工艺灵活性
挑战与未来发展
尽管机械化学活化具有前景广阔的优势，但也存在需要克服的挑战。以往的活化研究通常是在振动或行星研磨机中进行的。这些实验室设备的工艺参数和工作原理通常无法应用于工业设备。事实证明，在干法球磨机中进行活化是一种很好的替代方法。耐驰Pamir 系列干法球磨机可同时进行各种单片机的研磨和活化，并提供从实验室到工业生产设备的各种规格。
在整套工业系统工程上，耐驰与德国贝克姆的 thyssenkrupp Polysius GmbH 以及土耳其的 Minerva Engineering Inc.作为可靠的合作伙伴，Polysius 或 Minerva 与 耐驰密切合作，负责整个工艺组的规划、安装和调试。
结论
机械化学活化是提高单体材料反应活性的一种前景广阔的方法，为未来水泥生产的变革提供了一种可持续的经济方法。它有助于减少水泥行业的二氧化碳排放量，并为建筑行业利用工业副产品提供了新的可能性。通过进一步的研究和技术创新，机械化学活化可以成为现代水泥和混凝土生产的一个组成部分。