水泥助磨剂技术研究基础

水泥助磨剂技术研究基础

2011-11-21 14:07:27 来源：助磨剂之家网作者：李子未【字体：大中小】

水泥助磨剂技术研究基础

一、定义与分类

水泥助磨剂大多是一种表面活性剂物质，我国水泥助磨剂行业标准JC/T 667-2004中对助磨剂的定义是：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，其加入量应不超过水泥质量的1%。

按使用时的状态可以将助磨剂分为：粉体助磨剂、液体助磨剂和气体助磨剂。粉体助磨剂有：硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、胶体石墨、炭黑、粉煤灰、石膏等；液体助蘑剂有：有机硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸脂、聚羧酸盐等；气体助磨剂有：蒸气状的极性物质(丙酮、硝基甲烷、甲醇、水蒸气)以及非极性性物质(四氯化碳)等。

按化学结构可以将助磨剂分为三类：聚合无机盐助磨剂、聚合有机盐助磨剂及复合化合物助磨剂。

二、主要原材料

助磨剂的生产大多是用有机化合物或无机盐单一或复合加工制成的，无论是液体助磨剂还是粉体助磨剂，有机物主要有：胺类、醇类、醇胺类、木质素磺酸盐类、脂肪酸及其盐类、烷基磺酸盐类等。具体物质为：三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、丙二醇、木质素磺酸盐、甲酸盐、醋酸盐、硬脂酸、油酸、十二烷基苯磺酸钠等。无机物主要有：氯盐、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐等。具体物质为：氯化钙、氯化钠、氯化铝、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸铝、磷酸三钙、硝酸钙、硝酸钠、亚硝酸钠等。

国外公司用于助磨剂的主要原料是脱糖木钙、炭黑、磷酸三钙、醋酸胺、乙二醇、丙二醇等，而我国主要使用三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、丙二醇、二乙醇胺、木质素等。在水泥助磨剂的生产中实际选用的材料主要有两类形式：一是纯度较高的化工产品；二是化工厂的下脚料。

三、水泥助磨剂的功能

水泥助磨剂主要具有助磨、增强两种功能,也可以改善水泥产品的其它理化性能。具有助磨功能的主要有：胺类、醇类、醇胺类、木质素磺酸盐类、脂肪酸及其盐类、烷基磺酸盐类等，具体物质有：三乙醇胺、二乙醇胺、乙二醇、木质素磺酸盐、甲酸、硬脂酸、油酸、尿素、十二烷基苯磺酸钠等，其基本成分大都属于有机表面活性物质。具有增强功能的主要有：卤盐类、硫酸盐类、铝酸盐类、减水剂类等，具体物质有：氯化钠、氯化钙、硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠、硫酸钾、硫代硫酸钾、硫氰酸钠、铝酸钠、铝酸钾、硫铝酸钠、硫铝酸钾、普通减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪酸减水剂、三聚氰胺缩甲醛减水剂、聚羧酸系减水剂等。

四、水泥助磨剂的作用机理

Ⅰ.表面活性剂

表面活性剂是指能显著降低液体表面张力或两相间界面张力的物质，如洗衣粉的主要成分十二烷基苯磺酸钠、肥皂的主要成分硬脂酸钠等都是表面活性剂。与表面活性剂相对的物质是表面惰性剂，是指不能降低液体表面张力或两相间界面张力的物质。

a．表面活性剂的分子结构

表面活性剂分子由亲水基团（极性基团）和憎水基团（亲油基团）两个部分组成，如图1所示：

CH3CH2 … CH2—

—COOH，—OH或—SO3Na等

憎水基团

亲水基团

图1 表面活性剂的分子结构示意图

表面活性剂的憎水基团通常有油酸及天然高分子物质的衍生物和长链烷基等；其亲水基团通常有羟基（—OH）、羧基（—COOH）和磺酸基（—SO3H）等。

b．表面活性剂的分类

表面活性剂按照能否在水中解离出离子，分为离子型表面活性剂（亲水基团能解离出离子者）和非离子型表面活性剂（亲水基团不能解离出离子者）两大类。离子型表面活性剂又分为阴离子型表面活性剂（当亲水基团一端能解离出阳离子而使其本身带负电者），如羧酸盐、十二烷基苯磺酸钠等；阳离子型表面活性剂（当亲水基团一端能解离出阴离子而使其本身带正电者），如胺盐等；两性离子型表面活性剂（当亲水基团一端既能解离出阴离子又能解离出阳离子的表面活性剂），如氨基酸等。非离子型表面活性剂的代表性物质有乙二醇、多元醇等。

c．表面活性剂的基本性质和作用

表面活性剂加入到液体中，可以产生降低溶液表面张力、增加液体对固体的润湿性、增强对悬浮体系的分散性以及产生起泡、稳泡和消泡等作用。具有消泡作用的表面活性剂又叫消泡剂，常用的消泡剂有正辛醇、磷酸三丁酯等。

d．几类表面活性剂基团对水泥水化进程的影响

[羟基（—OH）]：羟基对水泥水化起延缓作用。在醇类同系物中，随着羟基数量的增加，其对水泥的延缓作用增强，如丙醇、丙二醇、丙三醇的延缓作用逐渐增强。分子量较大的多元醇，如单糖、低聚糖等对水泥混凝土均有较强的缓凝作用。不同的水泥矿物成分对含有羟基的表面活性剂的吸附能力是不同的，所以羟基对水泥各矿物成分的缓凝作用也不同，C3A、C4AF、C3S、C2S对羟基的吸附能力依次递减。

[羧酸基（—COOH）和羧酸盐基（—COOM）]：低级的羧酸和羧酸盐如甲酸、乙酸、丙酸和苯甲酸、甲酸钙、甲酸钠、醋酸钠对水泥有促凝作用；高级的羧酸和羧酸盐如酒石酸、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钙对水泥起缓凝作用。[羟基羧酸盐（—CH(OH)COOM）和氨基羧酸盐（—CH(CH2)COOM）]：如果羧酸或羧酸盐的α位上的氢原子被羟基或氨基所取代形成氨基羧酸（盐）和氨基羧酸（盐），则对水泥有较强的缓凝作用，如乳酸和α-氨基丙酸，还有葡萄酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、水杨酸以及它们的盐类。

[磺酸盐（—CH2SO3M）]：带有磺酸盐基的表面活性剂是混凝土减水剂的主要品种，它是典型的阴离子型表面活性剂。其对水泥水化的延缓作用，一方面是由于吸附膜层对水泥水化的阻碍作用，一方面在于氢键缔合作用。

Ⅱ.强度学说

这是1931年列宾捷尔首先提出来的。其基本观点是，固体表面上的力是不饱和的，存在着游离的表面张力。助磨剂分子在固体颗粒表面上的吸附，使这种游离的表面张力被饱和，降低了表面能，其结果是改变了颗粒表面的结构性质，降低了颗粒的强度和硬度即降低了分子断裂张力，同时阻止了新生裂纹的闭合，加速物料裂纹的扩展。

Ⅲ.分散学说

分散学说是20世纪60年代逐渐形成的，其基本观点是：物料的粉碎在于表面吸附表面活性