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 3CaO MgO fCaO SO 3结晶水水泥0.3321 5.4 4.4764.8 2.61.4石膏2.516.422.6333.8437.1217.48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10.010.010.0120.010.020.0330.010.030.0540.020.010.0350.020.020.0560.020.030.0170.030.010.0580.030.020.0190.030.030.03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/T17671-1999。

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的颗粒增加。

本文研究了不同单组份助磨剂及其复合对3~32μm 水泥颗粒含量的影响。

各个单组份助磨剂对3~32μm 颗粒含量的影响见图3。

从图3可以看出，三异丙醇胺与三乙醇胺效果类似，对3~32μm 颗粒增加量贡献最大。

其次是乙二醇，木钙最小。

复合助磨剂对3~32μm 水泥颗粒含量的影响见图4。

从图4（a ）可以看出，三异丙醇胺与乙二醇增加引起的3~32μm 水泥颗粒含量增加幅度相似，这与图3反应的规律相似。

从图4（b ）可以看出，当木钙掺量＜0.03时，三异丙醇胺增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度很显著。

而当木钙掺量＞0.03%时，在三异丙醇胺掺量＜0.02%时，木钙掺量增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度几乎为0。

而当三异丙醇胺掺量＞0.02%时，三异丙醇胺掺量增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度便很显著。

在三异丙醇胺掺量＜0.02%时，木钙掺量增加引起的3～32μm 颗粒含量增加的幅度很小，而在而当三异丙醇胺掺量＞0.02%时，三异丙醇胺掺量增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度几乎为0。

从图4（c ）可以看出，木钙掺量＜0.03%时，乙二醇掺量增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度很显著，当木钙掺量＞0.03时，这个幅度明显减小。

在乙二醇掺量＜0.02%时，木钙掺量增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度较小，而当乙二醇掺量＞0.02%时木钙掺量增加引起的3~32μm 颗粒含量增加的幅度几乎为0。

2.3助磨剂对强度的影响单组份助磨剂对水泥强度的影响见图5。

从图5可以看出，随着单组份助磨剂掺量的增加，3d 和28d 强度均有增大的趋势。

从图5（a ）可以看出，乙二醇对3d 强度影响最大，木钙影响最小。

三乙醇胺与三异丙醇胺影响类似，对3d 强度的增进率贡献也很大。

从图5（b ）可以看出，几种单组份助磨剂对28d 强度增进率的贡献度均低于3d 时对应的贡献度。

这说明几种单组份助磨剂均有早强作用。

28d 时，三异丙醇胺对强度的贡献度最低，乙二醇仍然最高。

复合助磨剂对3d 强度的影响见图6。

从图6（a ）可以看出，当乙二醇掺量＜0.02%时，三异丙醇胺掺量增加引起3d 强度先增加后降低，而当乙二醇掺量＞0.02%时，三异丙醇胺掺量增加引起3d 强度一直增加，但增加的幅度很小。

当三异丙醇胺掺量＜0.02%时，乙二醇掺量增加引起3d 强度增加，但增加的幅度很小。

当三异丙醇胺掺量＜0.02%时，乙二醇掺量增加引起3d 强度降低，但降低的幅度不大。

从图6（b ）可以看出，当三异丙醇胺掺量＜0.02%时，随木钙掺量增加，3d 强度增大，当三异丙醇胺掺量＞0.02%时，随木钙掺量增加，3d 强度先增大后降低。

随三异丙醇胺掺量增加，3d 强度增大，增大幅度随木钙掺量的增加而降低。

从6（c ）可以看出，随乙二醇掺量的增加，3d 强度增进率先增大后降低。

随木钙掺量的增加，3d 强度增进率变大，随乙二醇掺量增加，木钙引起的3d 强度增进率变大。

复合助磨剂对28d 强度的影响见图7。

从图7（a ）可以看出，当乙二醇掺量＜0.02%时，三异丙醇胺掺量增加引起的28d 强度增进率基本保持不变。

而当乙二醇掺量＞0.02%时，三异丙醇胺掺量增加，28d 强度增进率变大。

随着乙二醇掺量的增加，28d 强度增进率先降低后增加。

从图7（b ）看出，随着三异丙醇胺掺量增加，28d 强度增进率变大。

三异丙醇胺掺量增加引起的28d 强度增进率在乙二醇掺量达0.025%~0.030%之间最大。

随木钙掺量增大，28d 强度增进率首先变化不大，当三异丙醇胺掺量超过0.02%时，木钙掺量增加引起的28d 强度增进率先增加后降低。

从图7（c ）可以看出，木钙对28d 强度增进率影响较小，而乙二醇掺量增加时，28d 强度增进率先降低后增加。

3结论（1）采用单组份助磨剂时，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。

3~32μm 水泥颗粒含量增加幅度的顺序为：三异丙醇胺≈三乙醇胺>乙二醇>木钙。

随着单组份助磨剂掺量的增加，3d 和28d 强度均有增大的趋势。

乙二醇对3d 强度影响最大，木钙影响最小。

三乙醇胺与三异丙醇胺影响类似，对3d 强度的增进率贡献也很大。

几种单组份助磨剂对28d 天强度增进率的贡献度均低于3d 时对应的贡献度。

（2）采用乙二醇、三异丙醇胺及木钙复合助磨剂时，三异丙醇胺的掺量是影响助磨效果的决定因素，其次是乙二醇，木钙掺量对助磨效果影响不很明显。

三异丙醇胺助磨效果受到乙二醇掺量的影响，随乙二醇掺量的增加，三异丙醇胺的助磨效果愈显著。

（3）复合助磨剂助磨效果取决于其中起主要助磨作用成分有效掺量，单组份助磨与复合助磨剂总掺量相等时，复合助磨剂的助磨效果要差一些。

而复合助磨剂有效助磨成分与对应的单组份助磨剂掺量相等时，复合助磨剂助磨效果较好。