聚羧酸減水劑替代醇胺對助磨劑性能影響的研究

幸余彬，賀任，鐘康，張慶

聚羧酸減水劑替代醇胺對助磨劑性能影響的研究

幸余彬，賀任，鐘康，張慶

（湖南中巖建材科技有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著原材料價格的上漲，助磨劑市場所面臨的挑戰(zhàn)越來越大，一方面是企業(yè)面臨成本的上升導致利潤減少，另一方面是水泥混合材摻量越來越復雜且質(zhì)量越來越差導致水泥強度降低，助磨劑的降本提效是必須面對的難題。通過聚羧酸減水劑（PCE）在3%、6%、9%、12%的摻量下進行等量替換助磨劑中的醇胺，結(jié)果表明，醇胺在6%的聚羧酸減水劑替換下，助磨劑早期提強效果最佳，且隨著齡期的延長，28天強度沒有出現(xiàn)強度降低的現(xiàn)象。

水泥助磨劑；聚羧酸減水劑；醇胺

隨著水泥工藝的發(fā)展，在水泥制造過程中，越來越多的摻合料被人們所使用，用以替代熟料，如煤渣、爐渣、石膏、石灰石等，摻合料的加入能降低水泥的生產(chǎn)成本，提高資源的綜合利用，符合我國資源回收、循環(huán)利用這一政策方針[1-2]。

摻合料對熟料的替代，導致水泥強度有一定程度的下降，水泥研磨過程中加入助磨劑，提高水泥粉末效率[3]，在降低熟料的比例與能耗同時[4]，不影響水泥強度[5-8]，從而達到提高水泥的研磨效率與水泥的強度的目的。目前市面上常見的助磨劑以醇胺和無機鹽搭配為主，既能改善水泥級配，又能促進水泥水化[9]。醇胺為三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇單異丙醇胺，隨著國家對水泥行業(yè)標準的提高，醇胺類的添加量也不斷提高，除了成本上升，價格昂貴，從現(xiàn)有的研究中發(fā)現(xiàn)，過量的醇胺和無機鹽會對水泥助磨劑產(chǎn)生負面作用，三乙醇胺在低摻量時能夠促進水泥水化，提高水泥早期強度，但摻量過高時，會抑制水泥水化[10-11]，過量的無機鹽會導致水泥中氯離子含量過高，在混凝土上會導致鋼筋的銹蝕。

聚羧酸減水劑（PCE）作為一種生產(chǎn)工藝簡單、減水率高、保塌性能好、綠色環(huán)保的減水劑[12-14]，在混凝土行業(yè)中已經(jīng)有了很長的應用歷史。在早期實驗中，采用聚羧酸減水劑在小磨實驗中以0.1%的摻量進行滴加，進行細度、比表面積檢測時發(fā)現(xiàn)，滴加減水劑的樣品相比于空白水泥，篩余降低16%，比表面積增加11%，結(jié)果如表1所示。PCE在水泥中，作為水泥助磨劑使用，不僅能夠降低水泥的標準稠度需水量，更能夠提高水泥的研磨效率[15]。

本文采用PCE按照3%、6%、9%、12%的比例替代本公司助磨劑中復合醇胺，通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，在6%的聚羧酸減水劑替換下，助磨劑早期提強效果最佳，且隨著齡期的延長，28天強度沒有出現(xiàn)強度降低的現(xiàn)象，能夠有效解決助磨劑降本提效這一難題。

表1 PCE減水劑對水泥性能的影響

1 試驗部分

1.1 主要原材料

本研究采用的助磨劑以復配技術制得，主要為復合醇胺，質(zhì)量分數(shù)87.5%，福州特威化工有限公司；PCE，HL-900，質(zhì)量分數(shù)50%，湖南中巖建材科技有限公司；多元醇混合物，質(zhì)量分數(shù)49.5%，南京長江江宇油脂有限公司；輔料，質(zhì)量分數(shù)63.1%，安徽星宇化工有限公司；氯化鈉，工業(yè)級，長沙明瑞化工有限公司。

小磨實驗的熟料來自于坪塘水泥，其成分組成見表2，粉磨原料及配方見表3；砂子，標準砂，廈門艾思歐標準砂有限公司。

表2 坪塘水泥熟料成分

表3 粉末原料及配比

熟料與石灰石通過鄂氏破碎機進行破碎，使其粒徑小于8 mm，粉末原料按照表3配比配至5 kg，倒入小磨機中進行磨粉30 min后得到空白水泥。

1.2 主要儀器設備

SF-150型水泥負壓篩析儀、SBT-127型數(shù)顯勃氏透氣比表面積儀、JJ-5水泥膠砂攪拌機、HBY-40A型水泥混凝土恒溫恒濕標準養(yǎng)護箱、TYE-300型壓力試驗機、DKZ-5000型電動抗折試驗機，均為無錫建儀儀器機械有限公司產(chǎn)品。

2 性能檢測方法

2.1 水泥膠砂成型

依據(jù)國標《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671—2020）進行水泥膠砂實驗，膠砂實驗材料比例見表4，在試塊震動完成至于水平工作臺將多余水泥刮除時，需特別注意采用金屬直尺與水泥試塊形成近似90°角，在橫向快速進行切割沿著水泥試塊方向緩慢移動，將超出試模的水泥刮除后，沿反方向進行抹平，防止產(chǎn)生內(nèi)部應力影響水泥試塊的抗壓強度，用抹布清理干凈模外水泥，并做好標記。

表4 水泥膠砂實驗中使用的材料及比例

試塊養(yǎng)護：實驗完成后水平端放置于HBY-40A型水泥混凝土恒溫恒濕標準養(yǎng)護箱中，保證養(yǎng)護箱溫度20±1 ℃，濕度≥90%，養(yǎng)護水箱添加水為蒸餾水，在養(yǎng)護箱養(yǎng)護1天后，移至養(yǎng)護室養(yǎng)護到指定齡期（3、7、28天），養(yǎng)護室水溫20±1 ℃，試塊豎直放置，在養(yǎng)護期間，保證水面淹過試塊，兩組試塊間距離不小于6 mm，同一水箱中只養(yǎng)護相同種類試塊。

2.2 抗折抗壓試驗

檢測方法依據(jù)水泥國家標準GB175—1999，對比PCE替換復合醇胺后對水泥抗折抗壓強度的影響，試驗結(jié)果如表5所示。

表5 強度試驗結(jié)果

對比滴加助磨劑水泥與空白水泥不同齡期強度，分析PCE在不同摻量下替換復合醇胺對助磨劑在水泥提強效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 PCE摻量對助磨劑提強效果的影響

通過圖1可知，PCE在助磨劑中替換復合醇胺，隨著PCE摻量的上升，助磨劑提強效果與PCE摻量沒有表現(xiàn)出線性關系，PCE替換復合醇胺的摻量在0～12%范圍中存在一個極值，其他助磨劑原材料不變時，6%的摻量下助磨劑提強性能最好。

3 結(jié)論與展望

1）在小磨實驗中直接滴加PCE能夠降低水泥細度篩余，提高水泥的表面積。

2）助磨劑中添加PCE既能降低水泥的標準稠度需水量，又能提高水泥的強度，6%的PCE替代復合醇胺效果最好，3天強度提升3.7 MPa，7天強度提升2.8 MPa，28天強度提升1.8 MPa。PCE優(yōu)于原始助磨劑且成本更低， PCE摻量超過6%后，提強效果呈下降趨勢。

3）在水泥大磨實驗中摻入含有PCE的助磨劑，既能從物理性能上提高水泥的粉磨效果，也能從化學性能上激發(fā)促進水泥的水化速率。

4）聚羧酸減水劑以減水率高、合成簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)勢在混凝土中得到廣泛應用，隨著對PCE助磨機理的進一步研究，PCE在助磨劑領域?qū)⒂懈蟮陌l(fā)展空間。

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Study on the Effect of Polycarboxylic Acid Water Reducer Replacing Alcohol Amine on the Performance of Grinding Aid

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（Hunan Zhongyan Building Materials Technology Co., Ltd., Changsha Hunan 410600, China）

With the rise in prices of raw materials, the grinding aid market is facing increasing challenges, on the one hand, companies are facing rising costs leading to reduced profits; on the other hand, the increasing complexity of cement admixtures and poorer quality lead to reduced cement strength. The cost reduction and efficiency improvement of grinding aids is a difficult problem that must be faced. In this paper, the polycarboxylic acid water reducing agent (PCE) was used to replace the alcohol amine in the grinding aid in the same amount at 3%, 6%, 9% and 12%.The results showed that after the alcoholamine in the grinding aid was replaced by 6% polycarboxylic acid water reducer, the effect of early strengthening of the grinding aid was the best. With the prolongation of the age, the strength of the grinding aid did not decrease at 28 d.

Cement grinding aid; Polycarboxylic acid water reducer; Alcohol amine

2021-06-07

幸余彬（1998-），男，湖南省長沙市人，2020年畢業(yè)于湖南人文科技學院高分子材料與工程專業(yè)，研究方向：助磨劑研發(fā)與利用。

賀任（1996-），男，碩士，研究方向：助磨劑研發(fā)與利用。

TU528.042.2

A

1004-0935（2022）01-0028-03