几种单组份和复合水泥助磨剂助磨效果的研究

表1

水泥熟料和石膏的化学组成(%)

材料烧失量SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3

CaO MgO fCaO SO 3结晶水

水泥0.3321 5.4 4.47

64.8 2.6

1.4

石膏

2.51

6.42

2.63

33.84

37.1217.48水泥粉磨是水泥生产过程中耗电量最大的工艺环节，粉磨过程能量消耗很高，但有效利用率低。在粉磨过程中加入少量的化学添加剂—助磨剂，能改善粉磨过程，显著提高粉磨效率，降低能耗。此外，助磨剂还可以提高粉磨细度，改善水泥性能。因此，助磨剂的研究和应用既有环保意义又具有较好的经济价值[1]。

在水泥粉磨时加入的起助磨作用而又不损害水泥性能的外加剂称为水泥助磨剂，其加入量应不超过水泥质量的0.5%[2-3]。助磨成分大多为有机物，主要含有的基团是具有活性的极性集团：羟基（如醇胺类、多元醇类等）、磺酸（如木质素磺酸盐、烷基磺酸盐、萘磺酸甲醛缩合物）、羧酸（如聚羧酸或聚羧酸盐）、酰胺基（如聚丙烯酰胺、丙烯酰胺）。常用的无机助磨物质为多聚磷酸盐。一般，水泥助磨剂组份中还会含有一些无机早强或激发物质，提高水泥助磨剂的增强作用，如氯化钡、碳酸钠、纯碱、硫酸钠、芒硝、水玻璃、氢氧化铁等。

从化学成分组成上的差异可分为化合物和混合物（复合）助磨剂。从国家知识产权局网站可以检索到从

1986年至2009年的约50件水泥助磨剂发明专利，其中液体助磨剂专利28件，固体助磨剂21件。从水泥助磨剂成分上来看，约30件专利助磨剂成分中含有三乙醇胺或醇类物质，说明三乙醇胺和醇类物质是我国较为传统的水泥助磨剂，尤其是三乙醇胺。另外，常用助磨剂组份还有木质素磺酸盐，自2005年以来，又出现三异丙醇胺和三乙醇胺的复合使用及含聚羧酸的助磨剂。

醇胺类和多元醇类均能提高普通硅酸盐水泥细度、改善水泥流动性[4-5]，改善水泥颗粒级配，特别是大幅提高3～30μm 的细颗粒含量[5-6]。但也有研究得出，多元醇胺对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥和火山灰水泥均有良好助磨效果，而多元醇对粉煤灰水泥助磨效

果良好，但对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和火山灰水泥助磨效果较差[7]。

三乙醇胺对细粉具有很高的助磨效果。丙二醇的作用稳定，对比表面积具有更显著的效果；乙二醇更有利于提高粉磨物料的均匀性，对细颗粒中的粗颗粒具有特别的效果[8]。三乙醇胺通常与其他物质复合后做水泥助磨剂，如三乙醇胺（0.01%）和木钙（0.16%）复合使用可以大幅度提高水泥细度，明显提高水泥强度[9]。

本文研究了乙二醇、三乙醇胺、三异丙醇胺及木质素磺酸钙等四种单组份助磨剂及他们的复合助磨剂对水泥助磨效果的影响。

1

原材料与试验方法

1.1

原材料

本研究采用的水泥熟料及石膏的化学组成见表1。

采用的砂子为ISO 标准砂。采用的单组份助磨剂为乙二醇、三乙醇胺、三异丙醇胺及木钙。

1.2试验方法（1）配料与粉磨

将熟料经鄂式破碎机破碎至5mm 以下，每次配料

5kg ，按以下配比配料：熟料95%，石膏5%。助磨剂及各种外加剂按一定的掺量、一定的方式（配置成一定浓度的溶液或直接使用）或各种外加剂间以一定的配比加入标准试验磨中粉磨，他们的复合方案见表2。掺与不掺助磨剂粉磨时间相同，均为22min 。

（2）比表面积和粒度的测试

几种单组份和

复合水泥助磨剂助磨效果的研究

丁祝生

（江苏省句容台泥水泥有限公司，江苏镇江212413）

表2

几种单组份助磨剂的复合方案(%)

编号

乙二醇掺量

三异丙醇胺掺量

木钙掺量

10.010.010.0120.010.020.0330.010.030.0540.020.010.0350.020.020.0560.020.030.0170.030.010.0580.030.020.019

0.03

0.03

0.03

比表面积测试步骤按照《水泥比表面积测定方法》GB8074-2008进行；粒度组成及分布采用激光粒度分布测试仪测定。

（3）砂浆抗折强度和抗压强度试验

测试标准参照《水泥胶砂强度检验方法》GB/T

17671-1999。

2

试验结果与讨论

2.1

助磨剂对水泥比表面积的影响

单组份助磨剂对水泥的比表面的影响见图1。可以

看出四种单组份助磨剂掺量对比表面积的增进率的影响规律类似，即随着掺量的增加，比表面积增加率变大。比表面积增加幅度大小顺序为：乙二醇>三异丙醇胺≈三乙醇胺>木钙。这说明木钙的助磨效果不如醇胺类明显，掺量0.07%时的效果才达到醇胺类0.03%掺量的效果。

复合助磨剂对比表面积的改进效果见图2。从图2（a ）可以看出，随着三异丙醇胺掺量的增加，水泥比表面积显著增大。虽然随着乙二醇掺量的增大，水泥的比表面也增大，但是增进幅度小于三异丙醇胺增大引起的比表面增大幅度。随着三异丙醇胺掺量增加，乙二醇掺量增加引起的比表面增加幅度降低。而乙二醇掺量对三异丙醇胺掺量增加引起的水泥比表面增加幅度影响不大。这说明两种助磨剂复合对水泥比表面改进的效果主要

取决于三异丙醇胺。从图2（b ）可以看出，三异丙醇胺与木钙复合时，三异丙醇胺对比表面改善的规律类似于三异丙醇胺与乙二醇复合的情况。不同三异丙醇胺掺量情况下，木钙对水泥比表面的改进效果很不明显。从图2（c ）可以看出，乙二醇与木钙复合情况下，在木钙掺量较大时（>0.03%），乙二醇掺量增加引起的比表面增进幅度很小，当木钙掺量掺量＜0.03%时，乙二醇掺量增加引起的比表面增进幅度才比较显著。这说明木钙在复合助磨剂中对比表面的贡献存在最佳掺量0.03%。

2.2

助磨剂对水泥颗粒分布的影响

比表面积不能精确地表示水泥的分散度，其值的高低是0～3μm 的颗粒起决定作用，而对于影响水泥强度最大的中间颗粒组成往往无法权衡[10]。掺入助磨剂后，水泥颗粒的组成及粒度分布均发生变化。掺入助磨剂后，对水泥强度产生贡献的主要作用的3~32μm 范围内

生产技术

TECHNOLOGY