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不同助磨剂对水泥性能的影响对比

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-10-25 09:00:00  属于:产品技术
标签:三乙醇胺
文章摘要:对两种磷酸盐和四种醇胺类水泥助磨剂进行了助磨效果和对水泥常规物理性能影响的研究。在此基础上,重点研究了两类水泥助磨剂对水泥与混凝土外加剂适应性的影响,并对其机理进行了初探。结果表明:磷酸盐A中期助磨效果最明显,三乙醇胺和丙三醇中后期助磨效果都比较好;丙三醇和三乙醇胺增强效果较好;各助磨剂单体对凝结时间和标准稠度用水量影响不大;磷酸盐类水泥助磨剂对水泥与外加剂的适应性有所改善,而醇胺类水泥助磨剂对水泥与外加剂的适应性有不良影响。
随着我国ISO标准的实行,原有水泥存在强度偏低的突出问题,而提高强度最简单有效的措施就是提高水泥粉磨细度。所以降低磨机能耗,提高粉磨效率是每一个水泥企业亟待解决的问题,而助磨剂的应用是水泥粉磨工艺降低能耗的有效措施之一。在物料粉磨工艺中掺入少量化学添加剂———助磨剂,可有效改善粉磨过程,即在磨机功率消耗相同的条件下增加产量和磨机功率消耗相同的条件下增加产品细度。因而采用助磨剂是提高粉磨效率,降低单位产品电耗的有效措施,特别是在能源危机的今天,开发高效的水泥磨剂,降低能耗,提高粉磨效率是水泥生产的当务之急。然而,由于水泥助磨剂的引入,使水泥的品质发生了变化,导致预拌混凝土的性能尤其是工作性能产生了波动,一些预拌混凝土生产厂家对掺助磨剂的水泥与超塑化剂的适应性提出疑问。


 
技术人员对部分水泥助磨剂与水泥超超塑化剂的适应性进行了研究,其结果显示:所选用的助磨剂组分在粉磨过程中掺入制备的水泥与超塑化剂均存在适应性不良的现象。通过大量的探索性试验研究发现,并非所有的水泥助磨剂都对水泥与外加剂的适应性存在不良影响,而在国内外对这方面的研究报道几乎没有。本文对两种磷酸盐和四种醇胺类水泥助磨剂对水泥性能的影响进行了系统的研究,为水泥助磨剂的开发研究、水泥生产厂家的使用提供了科学的依据。
1试验用原材料及试验方法
1.1试验用原材料
采用P·O42.5级水泥熟料,天然二水石膏,II级粉煤灰,工业级磷酸盐A、葡萄糖酸钠,三乙醇胺,化学纯磷酸盐B和分析纯丙三醇、乙二醇、一缩二乙二醇,萘系高效减水剂作为试验用原材料。
1.2试验方法
1.2.1水泥助磨效果试验方法
先将水泥熟料及石膏用颚式破碎机破碎至5mm以下,然后再配制普通硅酸盐水泥,其配合比为:水泥熟料810g、粉煤灰140g和天然二水石膏50g,放入准305mm×305mm的水泥易磨性试验磨,在加入0.02%~0.04%水泥助磨剂进行粉磨,并分别测定粉磨14、18、22、26、30min水泥的比表面积和细度,其方法参照GB8074—87和GB1345—2005。
1.2.2水泥常规检测试验方法
水泥比表面积控制在(350±10)m2/kg,进行水泥常规性能检验,其中水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法参照GB1346—2001,水泥胶砂强度检验方法(ISO法)参照GB/T17671—1999。
1.2.3掺入助磨剂对水泥与外加剂适应性试验方法
水泥比表面积控制在(340±5)m2/kg,对水泥与萘系高效减水剂(和葡萄糖酸钠复合)的适应性进行试验研究,其方法采用KantroDL[2]用的“微型坍落度仪”(该坍落度仪上口内径36mm,下口内径64mm,高度60mm)测定不同水泥与高效减水剂的混合物的流动度,根据净浆流动度的大小及其经时变化来评价水泥与高效减水剂的适应性。具体参照GB50119—2003标准来测定水泥初始净浆流动度和30、60min流动度经时损失。
2试验结果及分析
2.1磷酸盐类与醇胺类助磨剂的助磨效果试验结果及分析
为了能够客观评价水泥助磨剂在不同时段的助磨效果,试验中分别测定了粉磨14、18、22、26、30min水泥的比表面积和细度,试验结果见表1。
 
由表1可以看出,不同水泥助磨剂都存在最佳掺量,随着水泥助磨剂掺量的增大,比表面积有下降的趋势,而细度总体表现为先降后升的趋势,综合考虑五种助磨剂的最佳掺量可以确定为0.02%;水泥助磨剂掺入水泥熟料中共同粉磨,随着粉磨时间的延长比表面积呈增长趋势,而细度随着粉磨时间的延长呈现出先降后升的趋势,而且细度下降集中在18~26min之间,在该间段与空白水泥相比较,细度最高可下降到空白水泥的1/6以下,其中效果较好的是三乙醇胺、一缩二乙二醇和丙三醇,对中期助磨效果最好的是掺量为0.03%时的磷酸盐A,与空白水泥相比较,其比表面积可提高36m2/kg,其次是一缩二乙二醇和丙三醇。对中后期效果均明显的是丙三醇、三乙醇胺和一缩二乙二醇。因此可以认为:在适当的掺量下,水泥助磨剂的掺入均有不同程度的助磨效果,与其他研究人员得出的结论也基本一致。
2.2磷酸盐类与醇胺类助磨剂对水泥物理性能的影响试验结果及分析
为对水泥助磨剂的使用有一个更加直观的认识,对水泥助磨剂的三种不同掺量分别进行了系统的研究。试验结果见表2。


由表2可以看出,在表面积基本相同的条件下,水泥标准稠度用水量与空白水泥相比较波动不大,符合水泥助磨剂标准要求,对水泥体积安定性无不良影响,凝结时间除了磷酸盐A影响较大外,其余五种助磨剂对水泥的凝结时间影响不大,磷酸盐A的掺入延缓了水泥的初凝时间,而且随着掺量的增加而增大,相应终凝时间也推迟了1h左右;对水泥胶砂强度的影响表现为:①与空白水相比较,3d水泥胶砂抗折强度几乎均有较小的增长(-0.1~0.7MPa),对水泥助磨剂的掺量不太敏感,其中对丙三醇影响较大些;水泥3d抗压强度均有增长(0.7~3.6MPa),增幅最大的是三乙醇胺,丙三醇和磷酸盐A次之,其中磷酸盐A、磷酸盐B和丙三醇随着助磨剂掺量的增加强度略有下降,而三乙醇胺略有上升。②28d水泥胶砂抗折、抗压强度和3d的规律基本一致,其中抗压强度增幅较3d的大,增强效果较好的是丙三醇,最高增长了6.7MPa,其他物种助磨剂也有2.0~4.2MPa的增长。这是由于水泥助磨剂的加入改善了水泥颗粒的粒度分布。除水泥的比表面积外,水泥的颗粒级配对水泥的水化及强度影响显著[3-4]:水泥中0~12μm颗粒,1d水化达78%,28d趋向100%;12~32μm颗粒,7d水化超过50%;32~64μm颗粒,28d水化接近50%;大于64μm的颗粒,90d后水化达35%。水泥产品中,0~3μm颗粒决定1d强度,3~24μm颗粒影响28d强度,但3d后可与0~3μm颗粒达到同等强度;24~48μm颗粒对28d强度贡献较小,而90d可与0~3μm颗粒达到同等强度。
2.3磷酸盐类与醇胺类助磨剂对水泥与外加剂适应性的影响结果及分析
2.3.1两类助磨剂对水泥与外加剂适应性的影响试验结果及分析
试验采用萘系高效减水剂与葡萄糖酸钠复合,对不掺助磨剂水泥(即空白水泥)和掺助磨剂(所有助磨剂的掺量均为0.02%)水泥进行水泥与外加剂的适应性试验。先用空白水泥与萘系高效减水剂采用不同掺量测定水泥初始净浆流动度,来确定萘系高效减水剂的最佳掺量。其结果为:萘系高效减水剂的最佳掺量为0.7%。然后与不同掺量的葡萄糖酸钠复合进行水泥与外加剂适应性试验,其试验结果见表3。

 
由表3试验结果可以看出:保持萘系高效减水剂掺量不变的情况下,空白水泥随着葡萄糖酸钠掺量的增加,水泥净浆初始流动度呈现先增后降的趋势,流动度经时损失都呈现先降后增的趋势,这说明葡萄糖酸钠也存在最佳掺量,达到饱和值后在增大掺量,还会造成水泥浆体促凝。而六种水泥助磨剂单体的得引入就出现了两种情况:其一,粉磨时加入磷酸盐类水泥助磨剂的水泥与空白水泥的规律一致,而且对水泥与外加剂的适应性还有所改善,其中磷酸盐A的改善效果最为明显,在葡萄糖酸钠掺量为0.04%时,与空白水泥相比初始流动度增大25、60min损失25mm,而空白水泥60min损失65mm;其二,粉磨时加入醇胺类水泥助磨剂的水泥随着葡萄糖酸钠掺量的增加,其水泥净浆初始流动一直有增加的趋势,流动度经时损失一直呈现下降的趋势,这充分说明醇胺类助磨剂的掺入对水泥与萘系高效减水剂的适应性有不良的影响,丙三醇的影响最大,三乙醇胺次之。
2.3.2磷酸盐类与醇类助磨剂对水泥与外加剂适应性的影响机理分析
由2.3.1的分析结果可知,磷酸盐类水泥助磨剂对水泥与外加剂的适应性有所改善,而醇胺类助磨剂对水泥与外加剂的适应性存在不良的影响。有国外学者认为[5]:在粉磨过程中,熟料颗粒带正电荷,石膏带负电荷。因此熟料与石膏共粉磨时,石膏微粉强烈吸附在熟料颗粒的表面。由于选择性粉磨作用,石膏与C3A较熟料中的其他矿物更容易磨细,而细颗粒更容易团聚在一起,就有更多石膏微粉吸附在C3A颗粒表面。助磨剂的加入,吸附在熟料与石膏粉体的表面,阻碍了石膏微粉吸附在熟料颗粒的表面,这对实现C3A与石膏实现最佳匹配产生了不良影响。石膏与C3A的匹配性直接影响着C3A水化产物的种类与形态,而它们又影响着超塑化剂的存在方式。若石膏与C3A实现最佳匹配,在超塑化剂存在的条件下,超塑化剂吸附在生成的AFt晶胞的表面,阻止其长大,AFt的形态更多为凝胶态,而非针状晶体。若石膏与C3A的匹配性不良,水化产物更多为AFm和水化硫铝酸钙,在超塑化剂存在的条件下,大量超塑化剂分子嵌入生成的AFm和水化硫铝酸钙的内部(consumptionpart)而不是吸附在颗粒的表面(adsorptionpart),对水泥的分散性不起作用[6-8]。但这一理论与磷酸盐类水泥助磨剂对水泥与外加剂适应性有所改善的结论相矛盾。
又有国外学者KazuhiroYoshioka等研究了硅酸盐水泥单矿物对萘磺酸盐系超塑化剂的吸附规律。结果表明:C3A和C4AF对萘系超塑化剂的吸附量比C3S和C2S对萘磺酸盐系超塑化剂的吸附量高十几倍;C3A和C4AF在石膏存在或者C3A和C4AF与石膏匹配良好的情况下,其对萘系超塑化剂的吸附量比纯C3A和C4AF对萘磺酸盐系超塑化剂的吸附量小几倍[9]。上述理论能较好的解释醇胺类水泥助磨剂对水泥与外加剂适应性产生不良影响的原因,也就是破坏了或阻碍了C3A与石膏的最佳匹配。
结合上述理论认为:①磷酸盐类水泥助磨剂对水泥与外加剂的适应性有所改善,可能是磷酸盐水泥助磨剂的加入,没有破坏或阻碍C3A与石膏的最佳匹配,相反还有一定促进作用,从而改善了水泥与外加剂的适应性。这可能是磷酸盐自身具有石膏在水泥中的作用或磷酸盐与石膏在粉磨过程中也存在竞争吸附有关。②磷酸盐类水泥助磨剂对水泥与外加剂适应性的影响机理,在众多专家学者的研究基础上,还有待进一步从微观上着手研究。
3结论
(1)磷酸盐类与醇胺类助磨剂均一定的助磨效果和增强效果。其中对中期助磨效果最好的是磷酸盐A,对后期助磨效果最好的是三乙醇胺,对中后期效果均明显的是三乙醇胺、丙三醇和一缩二乙二醇;三乙醇胺对早期强度贡献最大,丙三醇早期后期增强效果均比较明显,其次为磷酸盐A和乙二醇。两类水泥助磨剂的加入对水泥凝结时间、标准稠度用水量和体积安定性影响不大。
(2)磷酸盐类水泥助磨剂对水泥与萘系高效减水剂的适应性有所改善,与空白水泥相比较,其适应性均有所提高;而醇胺类助磨剂对水泥与萘系高效减水剂的适应性存在不良的影响。这一发现为研发复合保坍助磨剂奠定了基础,可以从源头上解决或改善水泥与外加剂的不适应现象。
(3)磷酸盐类与醇胺类助磨剂对水泥与外加剂适应性的影响机理有所不同,其影响结果也相反。对于醇胺类助磨剂可以用破坏了或阻碍了C3A与石膏的最佳匹配来解释;而磷酸盐类助磨剂的加入可以改善水泥与外加剂适应性,无法用上述理论来解释,还有待从微观机理做进一步的深入研究。

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