水泥復(fù)合保坍助磨劑的研究

李 憲 軍

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

·建筑材料及應(yīng)用·

水泥復(fù)合保坍助磨劑的研究

李 憲 軍

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

對(duì)二組分和三組分復(fù)合保坍助磨劑進(jìn)行了助磨效果和對(duì)水泥物理性能的影響分析，特別研究了對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性的影響程度，得出了一些有利用價(jià)值的結(jié)論，對(duì)混凝土尤其是商品混凝土的良性發(fā)展提供了技術(shù)保障。

助磨劑，復(fù)合，疊加效應(yīng)，水泥性能，適應(yīng)性

0 引言

隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的持續(xù)深入，作為高能耗的水泥生產(chǎn)企業(yè)，也面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。如何提高粉磨效率和降低磨機(jī)能耗，是每一個(gè)水泥企業(yè)面臨的重大課題，水泥行業(yè)節(jié)能降耗的有效措施之一就是使用助磨劑[1]。粉磨水泥時(shí)加入助磨劑，不但提高了粉磨效率，而且還可以激發(fā)混合材的潛在活性，從而提高混合材的摻量，進(jìn)一步降低了水泥的生產(chǎn)成本。然而，助磨劑的引入使水泥與外加劑的適應(yīng)性問(wèn)題變得更加嚴(yán)峻——使水泥與外加劑的適應(yīng)性變得更差，導(dǎo)致商品混凝土的坍落度及坍落度經(jīng)時(shí)損失波動(dòng)更大，于是部分混凝土生產(chǎn)廠家對(duì)摻助磨劑水泥的使用提出了質(zhì)疑[1，2]。蘭明章等人研究了助磨劑對(duì)水泥與外加劑的適應(yīng)性影響，結(jié)果表明：在粉磨過(guò)程中加入助磨劑組分制備的水泥與外加劑表現(xiàn)出適應(yīng)性不良的問(wèn)題[3]。李憲軍等人研究發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽類助磨劑對(duì)水泥與萘系減水劑的適應(yīng)性有明顯改善，這一發(fā)現(xiàn)為本研究奠定了基礎(chǔ)，能從根本上解決這一問(wèn)題[2,4]。本研究集成上述專家學(xué)者的研究思路，研發(fā)出水泥復(fù)合保坍助磨劑，既有很好的助磨效果和增強(qiáng)效果，又能有效改善水泥與外加劑的適應(yīng)性。

1 試驗(yàn)所用原材料

本試驗(yàn)采用智海水泥熟料，獅頭水泥熟料，二水天然石膏，粉煤灰(原灰)，工業(yè)級(jí)磷酸鹽A，工業(yè)級(jí)磷酸鹽B，工業(yè)級(jí)葡萄糖酸鈉，工業(yè)級(jí)有機(jī)物Y，萘系高效減水劑，氨基磺酸鹽高效減水劑作為試驗(yàn)用原材料。

2 試驗(yàn)方案及最佳復(fù)合比例的確定

首先，依據(jù)所用助磨劑單體在水中的溶解度和水泥復(fù)合助磨劑摻量，來(lái)配置不同濃度的溶液，以供復(fù)配使用；第二，按照不同比例對(duì)磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液進(jìn)行復(fù)配，通過(guò)水泥的細(xì)度(粉磨30 min時(shí))和對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性的影響確定最佳復(fù)合比例；第三，根據(jù)二組分的試驗(yàn)結(jié)果，選出磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳組合，再引入有機(jī)物Y，確定最佳復(fù)合配比。本試驗(yàn)采用智海水泥熟料。

液體助磨劑的摻量要做適當(dāng)?shù)目刂疲@是因?yàn)橹┤芤褐袔肷倭克植粫?huì)對(duì)水泥粉磨產(chǎn)生不良的影響，反而還有一定的助磨效果(水分子是極性小分子)，但是大量的水分引入，就會(huì)產(chǎn)生不良的影響，比如包球糊磨現(xiàn)象。本試驗(yàn)所配制助磨劑單體溶液濃度：磷酸鹽A為35%，磷酸鹽B為10%，有機(jī)物Y為50%。

2.1 二組分復(fù)配最佳比例的確定

表1 無(wú)機(jī)鹽A和無(wú)機(jī)鹽B溶液不同比例復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)所配制助磨劑單體溶液濃度：磷酸鹽A為35%，磷酸鹽B為10%，有機(jī)物Y為50%。

李憲軍等人[1-3]發(fā)現(xiàn)磷酸鹽A和磷酸鹽B對(duì)水泥與外加劑的適應(yīng)性有明顯改善。這一研究發(fā)現(xiàn)對(duì)水泥復(fù)合保坍助磨劑的研發(fā)具有開(kāi)拓性意義，而且發(fā)現(xiàn)對(duì)后期助磨效果好的是磷酸鹽A，對(duì)中期助磨效果好的是磷酸鹽B。研究磷酸鹽A和磷酸鹽B助磨劑單體的最佳復(fù)配比例是非常必要的。具體試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳比例為1∶1時(shí)的助磨效果最好，與空白樣相比較，比表面積增大43 m2/kg；對(duì)水泥與萘系減水劑的適應(yīng)性有較明顯的改善，特別是水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失控制的好。

2.2 三組分復(fù)配最佳比例的確定

磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液為1∶1時(shí)，對(duì)水泥與外加劑的適應(yīng)性和提高助磨效果方面均有明顯改善。以該混合液與有機(jī)物Y溶液進(jìn)行復(fù)配，對(duì)水泥與外加劑的適應(yīng)性有不良影響的有機(jī)物Y在復(fù)配中不能占太高比例。其試驗(yàn)方案和結(jié)果如表2所示。

表2 三組分復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，有機(jī)物Y助磨劑溶液摻量為10%時(shí)效果相對(duì)較好，對(duì)水泥與萘系減水劑的適應(yīng)性也有所改善；確定三組分配方為：磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳比例為1∶1時(shí)，與有機(jī)物Y溶液以9∶1的比例復(fù)合制得的三組分復(fù)合保坍助磨劑性能最佳。

3 水泥復(fù)合保坍助磨劑試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 水泥復(fù)合保坍助磨劑助磨效果及分析

為了驗(yàn)證兩種復(fù)合保坍助磨劑在不同摻量、不同粉磨時(shí)間下的助磨效果，本試驗(yàn)采用了獅頭水泥熟料，其試驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

表3 水泥復(fù)合保坍助磨劑不同摻量、不同粉磨時(shí)間對(duì)助磨效果的影響

由表3可以看出，隨著粉磨時(shí)間的增加，粉磨時(shí)摻助磨劑的水泥與空白水泥的比表面積均表現(xiàn)為逐步增大的趨勢(shì)，粉磨時(shí)摻助磨劑的水泥比表面積增幅較大，尤其是助磨劑在合適摻量下增幅最大，細(xì)度表現(xiàn)為80 μm篩余值先降后增；隨著兩種助磨劑摻量的增大，在不同粉磨時(shí)段比表面積總體表現(xiàn)為先增后降，80 μm篩余值變化表現(xiàn)的不太規(guī)則，但總的趨勢(shì)是先增后降，而且助磨劑的摻量對(duì)80 μm篩余值影響不大；隨著有機(jī)物Y助磨劑的加入，對(duì)助磨效果又有所改善，但有機(jī)物Y的摻量要控制，不然會(huì)影響水泥與外加劑的適應(yīng)性。通過(guò)分析結(jié)果可以確定二組分復(fù)合保坍助磨劑的最佳摻量為0.09%，三組分復(fù)合保坍助磨劑的最佳摻量為0.08%。

3.2 水泥復(fù)合保坍助磨劑對(duì)水泥性能影響的結(jié)果及分析

為了研究在不同摻量下兩種復(fù)合助磨劑對(duì)水泥性能的影響，采用獅頭水泥熟料，在粉磨時(shí)摻入不同比例的助磨劑，其水泥比表面積均控制在(350±10)m2/kg范圍內(nèi)，進(jìn)行水泥物理性能試驗(yàn)研究。其試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 水泥復(fù)合保坍助磨劑對(duì)水泥性能的影響

由表4可以看出，隨著助磨劑摻量的增大，3 d抗壓、抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中增幅最大的是二組分助磨劑，在0.17%的摻量時(shí)，抗折和抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了0.7 MPa和4.0 MPa；28 d抗壓、抗折強(qiáng)度為先增后略有下降，增幅最大的是三組分助磨劑，在0.12%的摻量時(shí)，抗折和抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了0.8 MPa和4.4 MPa。

與空白水泥相比，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的增減幅度都沒(méi)有超過(guò)1%，但是水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量卻略有下降的趨勢(shì)；水泥的凝結(jié)時(shí)間差均沒(méi)有超過(guò)30 min；水泥體積安定性都合格，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 水泥復(fù)合保坍助磨劑對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性影響結(jié)果及分析

為了研究?jī)煞N助磨劑對(duì)水泥與萘系高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑適應(yīng)性的影響，采用獅頭水泥熟料，在粉磨時(shí)摻入最佳摻量的助磨劑，其比表面積均控制在(350±10)m2/kg，進(jìn)行水泥與萘系減水劑和氨基系減水劑適應(yīng)性的影響研究，為了排除緩凝劑摻量對(duì)適應(yīng)性的影響，研究了葡萄糖酸鈉在不同摻量下，兩種復(fù)合保坍助磨劑對(duì)水泥與萘系高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑適應(yīng)性的影響。其試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 復(fù)合保坍助磨劑對(duì)水泥與外加劑適應(yīng)性影響

由表5可以看出，萘系高效減水劑隨著葡萄糖酸鈉摻量的增大，所有水泥都呈現(xiàn)為水泥凈漿流動(dòng)度先增加后降低，但粉磨時(shí)加入復(fù)合助磨劑，較明顯的改善了水泥與萘系減水劑的適應(yīng)性；粉磨時(shí)加入復(fù)合助磨劑的水泥與空白水泥相比較，當(dāng)萘系減水劑與緩凝劑在合適摻量下，水泥凈漿流動(dòng)度均有不同程度的增大，而且保坍效果隨著時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)更加明顯。對(duì)氨基系減水劑來(lái)說(shuō)，粉磨時(shí)加入復(fù)合助磨劑的水泥與空白水泥凈漿流動(dòng)的變化規(guī)律與萘系減水劑基本一致，但其增幅較小。

3.4 水泥復(fù)合保坍助磨劑的配方和性能檢驗(yàn)

通過(guò)大量研究確定了兩組分和三組分助磨劑的最佳比例，從其對(duì)水泥物理性能的影響、助磨增強(qiáng)效果以及水泥與外加劑適應(yīng)性的結(jié)果分析來(lái)看，傳統(tǒng)助磨劑是不能達(dá)到的。為了便于參考使用，兩種復(fù)合保坍助磨劑的每噸配方如表6所示。

表6 復(fù)合保坍助磨劑的配方

根據(jù)表6的配方和摻量，按照GB/T 26748-2011水泥助磨劑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能檢驗(yàn)，其中1號(hào)配方比表面積增大35 m2/kg，2號(hào)配方比表面積增大32 m2/kg，其他性能均符合GB/T 26748-2011水泥助磨劑的標(biāo)準(zhǔn)要求，而且有效改善了水泥與外加劑的適應(yīng)性，其改善機(jī)理在文獻(xiàn)[1][2][4]中有較詳細(xì)研究。

4 結(jié)論與建議

1)磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳比例為1∶1；二組分溶液與有機(jī)物Y溶液以9∶1的比例復(fù)合配制的三組分復(fù)合保坍助磨劑性能最佳。在合適的摻量下，其助磨效果、增強(qiáng)效果均有較大的提高，尤其是改善了水泥與外加劑的適應(yīng)性。

2)二組分和三組分復(fù)合保坍助磨劑對(duì)萘系高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑的適應(yīng)性均有較好的改善作用，其中對(duì)萘系減水劑的改善作用更加明顯，該研究成果可以從根本上解決或改善水泥與外加劑的相容性。在實(shí)際使用過(guò)程中，摻量和種類要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。

3)水泥與外加劑適應(yīng)性差，嚴(yán)重影響了混凝土的工作性，該研究對(duì)商品混凝土的良性發(fā)展提供了技術(shù)保障。建議下一步針對(duì)新型高性能減水劑進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

[1] 李憲軍.提高水泥與外加劑適應(yīng)性的保坍助磨劑的研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[2] 張 偉,李憲軍,何廷樹.單組分助磨劑對(duì)水泥性能的影響[J].水泥,2009(9)：8-11.

[3] 蘭明章，王建成，崔素萍,等.助磨劑組分與水泥超塑化劑適應(yīng)性的初步探討[J].水泥技術(shù),2006(3):30-32.

[4] 李憲軍.助磨劑對(duì)高效減水劑在水泥顆粒表面吸附量的影響[J].混凝土,2010(6)：71-73.

[5] Kantro D L.Influence of Water Reducing Admixtures on Properties of Cement Pastes-A Miniateure Slump Test[J].Cem.Concr.Aggegates,1980(2):36-39.

Study on cement composite slump grinding aids

LI Xian-jun

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001，China)

Grinding effects and the effect on physical properties of cement of two component and three component composite slump grinding aids were studied. The influence of composite slump grinding aids on the compatibility of cement and additive was mainly studied. Draw some valuable conclusions, the research provides technical support on concrete especially the benign development of commercial concrete.

grinding aids, composite, superimposed effect, cement property, compatibility

1009-6825(2014)22-0108-03

2014-05-25

李憲軍(1975- )，男，碩士，工程師

TU525

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