改性醇胺助磨劑的應(yīng)用研究

曹虎 李海燕 陳夢龍 劉輝 鹿星 段文易

（山東中巖建材科技有限公司，山東 棗莊 277110）

0 前言

水泥助磨劑中最主要的成分是醇胺類物質(zhì)，是一種常用的表面活性物質(zhì)，包括單乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、三異丙醇胺（TIPA）等，能夠起到助磨、提高水泥早期強(qiáng)度的效果。但是醇胺類原材料價(jià)格近年來持續(xù)上漲，增加了助磨劑的材料成本，且原料來源短缺，同時當(dāng)摻量到達(dá)一定數(shù)量時，會對水泥一些性能產(chǎn)生不利的影響。

本文結(jié)合當(dāng)前水泥助磨劑前沿研究，通過對醇胺進(jìn)行改性合成，開發(fā)合成新型改性醇胺作為助磨劑的基體材料，以替代目前常用的TEA和TIPA等。和其他一些物質(zhì)復(fù)配，制備相應(yīng)的助磨劑產(chǎn)品添加到水泥粉磨系統(tǒng)中，在保證同樣助磨效果的同時降低TEA和TIPA的使用量，不僅可以降低TEA和TIPA對水泥性能帶來的不利影響，有效提高水泥早期強(qiáng)度，提高其性能穩(wěn)定性，還可顯著降低助磨劑原材料成本[1-6]。

1 原材料

1.1 熟料、粉煤灰、爐渣和石膏

硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰、爐渣和石膏均取自棗莊中聯(lián)水泥有限公司。熟料的化學(xué)組成如表1所示。其中石膏為天然二水石膏（CaSO4·2H2O），結(jié)晶水17.05%，SO3含量為44%。

表1 水泥熟料的化學(xué)組成

1.2 助磨劑種類

所用三乙醇胺（TEA、濃度85%）工業(yè)級，福建特威；改性醇胺母液（濃度85%）工業(yè)級，山東中巖建材科技有限公司；輔料。

其中改性醇胺母液制備方法是，將氯乙酸鈉完全溶解于50-80℃的去離子水中，并且保持恒溫。向制得基體中加入氫氧化鈉水溶液，使溶液體系的pH值維持在11-12，溶液體系溫度控制為60℃，然后加入二已醇胺；氯乙酸鈉、去離子水、氫氧化鈉和二乙醇胺的摩爾比為1：5：1：1。氫氧化鈉水溶液濃度為32%，二乙醇胺和氫氧化鈉的加入方式為滴加，滴加時間為1-2h。在50-70℃熟化1-2h，得到改性醇胺母液。

2 改性醇胺類助磨劑的性能評價(jià)

2.1 改性醇胺在小磨中助磨效果研究

將改性醇胺母液等量代替TEA，分別將TEA、改性醇胺母液加入采用直徑Φ500mm×500mm的實(shí)驗(yàn)室小磨進(jìn)行粉磨。其中水泥物料配比為：熟料65%+粉煤灰18%+爐渣12%+石膏5%，每次粉磨5.0kg，粉磨時間30min，出磨時間5min。分別采用負(fù)壓篩、水泥比表面積測定儀和激光顆粒分析儀對水泥試樣進(jìn)行分析，結(jié)果見表2和表3。

從表2看出，與空白樣相比，摻加改性醇胺和TEA的水泥45μm篩余和比表面積均有明顯改善，改性醇胺的助磨效果與TEA基本一致，均隨著摻量的增加，篩余百分?jǐn)?shù)降低、比表面積增加。但在相同摻量下，改性醇胺對水泥的助磨效果比TEA更佳。

表2 不同助磨劑與摻量對水泥粉磨效果的影響

水泥的顆粒粒徑分布對水泥的性能有很大的影響，不同的粒徑分布直接影響水泥的化學(xué)和力學(xué)特性。目前比較認(rèn)可的觀點(diǎn)是：水泥中3-32μm的顆粒對強(qiáng)度起主要作用，小于3μm的應(yīng)在10%以下。從表3可知：與空白樣相比，摻加TEA和改性醇胺后的水泥顆粒級配明顯要好。改性醇胺與TEA相比，改性醇胺在改善顆粒級配上比TEA更有優(yōu)勢。如：在摻0.02%改性醇胺的水泥試樣中3-32μm顆粒含量高達(dá)66.54%，比空白樣增加20.56%，比摻TEA的水泥試樣增加10.25%，且降低了3μm以下和65μm以上的含量，這表明改性醇胺比TEA更能改善水泥的顆粒級配，從而提高粉磨效率和改善水泥性能。

表3 不同助磨劑與摻量對水泥粒度分布的影響

2.2 改性醇胺對水泥力學(xué)性能改善研究

改性醇胺和TEA按不同摻量加入小磨進(jìn)行粉磨。水泥配比如表4。

進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果由表5和表6可知，TEA和改性醇胺對P.C32.5水泥和P·O42.5水泥3d抗壓強(qiáng)度提高基本一致，隨著改性醇胺的增加，3d抗壓強(qiáng)度增加效果更明顯。但對比TEA，改性醇胺明顯對水泥28d抗壓強(qiáng)度提高更明顯。

表4 小磨試驗(yàn)水泥配比

表5 不同助磨劑與摻量對P.C 32.5水泥力學(xué)性能影響

表6 不同助磨劑與摻量對P·O 42.5水泥力學(xué)性能影響

2.3 改性醇胺助磨劑工業(yè)應(yīng)用研究

以改性醇胺等量取代三乙醇胺，配制摻量0.05%的助磨劑，配比見表7。

表7 改性醇胺水泥助磨劑配比

1）P.C 32.5水泥閉路磨應(yīng)用效果

本次試驗(yàn)采用了具有1700×1000mm型輥壓機(jī)配4.2×13m型水泥磨機(jī)組成的閉路粉磨系統(tǒng)，配有高效選粉分級機(jī)和氣箱脈沖袋式除塵器。P.C 32.5水泥產(chǎn)量在210噸/h左右，P.C 32.5 水泥物料配比為：熟料53%+粉煤灰25%+爐渣17%+石膏5%。在此粉磨系統(tǒng)上進(jìn)行了助磨劑試驗(yàn)。初始粉磨不加助磨劑，開磨1h待系統(tǒng)穩(wěn)定后開始取樣，每隔1h取樣一次，共取8h未加助磨劑的水泥作為空白樣。之后按0.05%摻量加入助磨劑連續(xù)生產(chǎn)3h，待磨機(jī)系統(tǒng)工況穩(wěn)定以及出磨水泥的篩余和比表面積穩(wěn)定后，每隔1h取樣一次共取8h加助磨劑的水泥作為對比樣。記錄全過程的臺時變化，然后分別對試樣進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)和物理性能檢驗(yàn)。

性能試驗(yàn)結(jié)果見表8，由改性醇胺為主要成分配制的助磨劑在P.C32.5級水泥配比不變情況下，篩余降低，比表面積穩(wěn)定提高，增加了臺時產(chǎn)量，平均提高29噸，提產(chǎn)達(dá)13.8%，在水泥性能方面3d抗壓強(qiáng)度提高3.2MPa，28d抗壓強(qiáng)度提高4.1MPa。

表8 改性醇胺助磨劑閉路粉磨系統(tǒng)上P.C 32.5水泥性能檢驗(yàn)

2）P·O42.5水泥閉路磨應(yīng)用效果

本次試驗(yàn)采用采用具有1700×1000mm型輥壓機(jī)配4.2×13m型水泥磨機(jī)組成的閉路粉磨系統(tǒng)，配有高效選粉分級機(jī)和氣箱脈沖袋式除塵器。P·O42.5水泥產(chǎn)量在180噸/h左右，P·O42.5 水泥物料配比為：熟料78%+粉煤灰10%+爐渣7%+石膏5%。在此粉磨系統(tǒng)上進(jìn)行助磨劑試驗(yàn)。初始粉磨不加助磨劑，開磨1h后開始取樣，每隔1h取樣一次共取8h未加助磨劑的水泥作為空白樣。之后按0.05%摻量加入助磨劑連續(xù)生產(chǎn)3h，待磨機(jī)系統(tǒng)工況穩(wěn)定以及出磨水泥的篩余和比表面積穩(wěn)定后，每隔1h取樣一次共取8h加助磨劑的水泥作為對比樣。記錄全過程的臺時變化，然后分別對試樣進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)和物理性能檢驗(yàn)。

大磨試驗(yàn)結(jié)果見表9，由改性醇胺為主要原料復(fù)配而成的助磨劑同樣在P·O42.5水泥配比不變的情況下，提高了水泥比表面積，降低了篩余，提高了臺時產(chǎn)量，平均臺時提高34噸/h，提產(chǎn)達(dá)18.9%。在水泥性能方面，3d抗壓強(qiáng)度提高3.4MPa，28d抗壓強(qiáng)度提高4.8MPa。

表9 改性醇胺助磨劑閉路粉磨系統(tǒng)上P·O42.5水泥性能檢驗(yàn)

2.4 改性醇胺助磨劑對混凝土性能的影響

本次試驗(yàn)以C35混凝土為試驗(yàn)樣品，通過混凝土的初始坍落度以及坍落度經(jīng)時損失，混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度以及泌水率來確定助磨劑對混凝土性能的影響。水泥為大磨生產(chǎn)的空白P·O 42.5水泥及加入助磨劑的P·O 42.5水泥。

C35混凝土配比見表10，以改性醇胺為主要組分復(fù)配的助磨劑對混凝土性能的影響分析見表11。對比結(jié)果表明：使用改性醇胺助磨劑的水泥在混凝土應(yīng)用中工作性能佳，強(qiáng)度更好。

表10 C35混凝土配比

表11 助磨劑對混凝土性能的影響

3 結(jié)論

通過對比改性醇胺和三乙醇胺（TEA）在不同的摻量（0.01%、0.02%和0.03%）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室小磨條件下試驗(yàn)，新型改性醇胺助磨劑助磨效果與TEA助磨劑基本一致，隨著摻量的提高，二者助磨效果均明顯提高，而新型改性醇胺助磨效果及水泥抗壓強(qiáng)度改善效果更優(yōu)。

在工業(yè)應(yīng)用中改性醇胺助磨劑在水泥助磨、提產(chǎn)、改善工作性能（凝結(jié)時間和需水量）和力學(xué)性能方面均有顯著作用，可提高水泥磨機(jī)產(chǎn)量13%以上，水泥3d強(qiáng)度提高3MPa以上，28d強(qiáng)度提高4MPa以上，使用改性醇胺助磨劑的水泥在混凝土應(yīng)用中工作性能佳，強(qiáng)度更高。