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三乙醇胺的改性试验与水泥助磨应用研究

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2018-07-11 17:29:18  属于:产品技术
文章摘要: 近年来,随着建材行业大环境的越来越不景气,行业内节能减排、增效降成本的呼声也是越来越高[1]。我公司为尽快适应水泥行业的新环境和新常态,积极研究新型水泥助磨剂,并取得一定的成就,告别了原先单一、稳定性较差且成本较高的助磨剂[2-3]。本文所用助磨剂是将三乙醇胺(TEA)在一定工艺下进行改性,通过复配而成,具有工艺简单、成本低等特点[4],本文通过试验中水泥的比表面积、粒度分布和力学等性能分析来研究其对水泥的助磨效果。

0 引言
  近年来,随着建材行业大环境的越来越不景气,行业内节能减排、增效降成本的呼声也是越来越高[1]。我公司为尽快适应水泥行业的新环境和新常态,积极研究新型水泥助磨剂,并取得一定的成就,告别了原先单一、稳定性较差且成本较高的助磨剂[2-3]。本文所用助磨剂是将三乙醇胺(TEA)在一定工艺下进行改性,通过复配而成,具有工艺简单、成本低等特点[4],本文通过试验中水泥的比表面积、粒度分布和力学等性能分析来研究其对水泥的助磨效果。
1 试验原材料与方法
1.1 试验原材料
  ①水泥:水泥配比及熟料物理性能如表1和表2所示。


三乙醇胺的改性试验与水泥助磨应用研究


②助磨剂:TEA和改性TEA,其密度约1.2g/cm3,pH约为8.0,助磨剂掺量为0.03%。
1.2 试验方法
1.2.1 三乙醇胺马来酸酯的合成
  在反应釜中加入三乙醇胺,然后边搅拌边放入顺丁烯二酸酐和催化剂,保持反应釜105℃恒温并搅拌,反应时间为2.5h,其主要反应及产物如下:


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此种改性相比其他三乙醇胺改性具有工艺简单、成本低等特点。此反应无需加压,仅在一定温度下,加上催化剂,搅拌即可,工艺相对简单。
1.2.2 助磨效果分析方法
  两种助磨剂按照相同的掺量分别掺加到磨机中粉磨一定的时间,取出水泥,分析其比表面积、颗粒分布等物理性能,与空白样对比,然后砂浆成型,测试其力学性能,并通过微观分析来探究助磨剂助磨增强机理。
2 试验结果与分析
2.1 粉磨时间对水泥比表面积变化的影响
  图1为粉磨时间对掺加2种助磨剂和未掺助磨剂的水泥比表面积变化的影响试验结果。
      从图1可以看出,随着粉磨时间的增长,水泥比表面积逐渐增加。在相同的粉磨时间下,在改性TEA作用下的水泥比表面积要高于在TEA作用下的水泥比表面积,说明改性TEA的助磨效果要高于TEA,在粉磨26min时,添加改性TEA的水泥比表面积要比添加TEA的增加6.4m2/kg,相对于空白试样比表面积增加了19.1%。


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2.2 助磨剂对水泥颗粒分布的影响
  水泥的粒度分布对其化学和物理性能具有重要影响[5-7],现在业界普遍认为水泥粒径分布在3~32μm之间为最好,3μm以下颗粒决定水泥1d强度,3~32μm颗粒多少对28d强度影响最大,60μm以上的颗粒基本上只起到填充空隙的作用。粉磨28min后的水泥粒度分布如表3所示。


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掺加助磨剂后,水泥的粒径D50明显降低,添加TEA和添加改性TEA分别相对降低了7.3%和11.8%;32μm以下的颗粒含量明显提高,添加TEA和添加改性TEA分别提高了2.92%和6.83%,其中影响后期强度的3~32μm颗粒含量添加改性TEA的最高。从粒径分布上讲,改性TEA助磨效果要明显高于TEA。
2.3 助磨剂对水泥强度性能的影响
  掺加助磨剂后的水泥强度试验结果如图2所示。


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  由图2可见,1d强度总体变化不大,但是3d抗压强度总体变化明显,相比空白试样,掺加TEA和改性TEA试样分别增加了1.1MPa和1.9MPa,分别增加了9.3%和16.1%;空白试样的28d抗压强度为33.6MPa,而添加改性TEA和TEA的试样28d抗压强度分别为38.4MPa和36.6MPa,比空白组分别增加了14.3%和8.9%,最高增幅为4.8MPa。强度的增长说明了改性TEA助磨效果优于TEA。
2.4 水化产物的矿物相分析


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  随着水泥试样水化龄期的增加,水泥试样中各种矿物的峰会出现变化。通过XRD矿物相分析可以看到各矿物相峰的变化,来定性表征水泥水化产物的变化。图3为水泥水化28d的矿物相分析。

由图3可以看出,添加改性TEA的水泥AFt峰要明显高于空白组水泥和略高于添加TEA的水泥,说明改性TEA有利于熟料矿物相的水化[8],有利于水泥水化产物的生成,而水化速度的提高对于提高水泥强度是有利的[9]。
2.5 水化产物的红外光谱分析
  XRD矿物相的分析只针对于晶体而言,而C-S-H大多都是非晶体,因此对于C-S-H凝胶的分析就需要借助于红外光谱分析。红外光谱分析是基于测定硅氧四面体中Si-O键的不对称伸缩振动的位移量来表征硅氧四面体的聚合度,从而表示C-S-H凝胶的结构。图4为水化28d的水泥试样的红外分析图谱。


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      由图4可以看出,对于在波数965cm-1处出现了Si-O键不对称伸缩振动峰,其硅氧四面体峰位三种试样基本相同,说明在此处的C-S-H凝胶结构相同或相似,此处的C-S-H凝胶对于水泥强度的影响差别不大,表明生成了长链状结构的凝胶;TEA试样和改性TEA试样相比空白组峰发生了红移,表明硅氧四面体的聚合度增大,红移的大小为改性TEA试样>TEA试样,说明改性TEA试样的硅氧四面体聚合度较高,说明其硅氧四面体网络化程度较高。随着硅氧四面体网络化程度的提高,C-S-H凝胶就越致密,水泥试样的强度就越高。这种结果正好与上面水泥试样强度测试结果相吻合。
3 改性TEA的大磨助磨效果试验
  利用改性TEA对水泥进行助磨试验,17:00之前使用助磨剂为TEA,从17:00开始往大磨中加入改性TEA,每小时取一次样,22:00结束取样,取样试验结果如表4所示。


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  从表4的试验结果可见,改性TEA掺加1h后,水泥的细度就发生明显的变化,80μm筛筛余由0.7%变为0.5%,45μm筛筛余由7.5%变为6.0%。随着助磨剂掺加时间的延长,80μm筛筛余降至0.3%,45μm筛筛余降至4.9%,比表面积也提高了20m2/kg左右。水泥的标准稠度用水量略有降低,凝结时间基本无变化。从水泥的强度上看,掺加改性TEA之后,水泥的3d抗压强度增加约1MPa,28d抗压强度最高增加了3.2MPa。从大磨试验综合结果上看,改性TEA助磨效果较好。
  TEA成本价为7300元/t,而改性TEA成本价约为6200元/t,每吨助磨剂成本降低1100元。按照本公司水泥年产量150万t计算,每年可节约助磨剂成本49.5万元。
4 结论
      通过本文试验可以看出:改性三乙醇胺助磨效果要优于三乙醇胺,可提高32.5水泥28d抗压强度5MPa左右;改性三乙醇胺有利于水泥的粉磨,增加3~32μm颗粒含量,促进水泥颗粒的水化,具有较好的助磨效果。


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