水泥助磨剂助磨效果的研究
发布时间：
2022-06-09 16:40
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水泥助磨剂一般为表面活性较高的化学物质，水泥助磨剂的加入可以提高粉磨效率，即在相同电耗下提高水泥细度或在达到相同比表面积下减少粉磨时间，降低了能耗；同时助磨剂的加入也改变了水泥的颗粒分布，对水泥的各项物理性能也产生了影响。但目前对于助磨剂的助磨效果有不同的解释，不同的助磨剂对不同的水泥品种的作用也是不同的。本文对3种常用助磨剂A（丙三醇）、B、D进行了研究，从45 μm筛筛余、比表面积、均匀性系数n、标准稠度用水量4个指标来评价三种助磨剂的助磨效果。
1 试验原料与方法
1.1 试验原料
（1）熟料为低热硅酸盐水泥熟料。熟料的化学成分分析及矿物组成见表1。
（2）助磨剂A为丙三醇，B为一种醇类表面活性剂，D为一种盐类表面活性剂。
（3）二水石膏：SO3含量42.96%，结晶水含量17.92%，不溶物3.54%，附着水0.16%。
1.2 试验方法
（1）将取得的熟料经颚式破碎机破碎到<5 mm，按照熟料∶石膏=95∶5的比例配制5 kg的试样，在Φ500 mm×500 mm标准实验室小磨中进行粉磨，粉磨时间为不掺助磨剂的熟料粉磨到勃氏比表面积为（350±10） m2/kg的时间，即为24 min。助磨剂以一定浓度均匀喷洒在熟料上和石膏一起混合均匀后入磨。整个试验过程中，保持熟料和石膏的品种不变，钢球、钢段的填充量及级配不变。粉磨后的物料过0.8 mm的方孔筛后用密封袋封装备用。
（2）筛余测定用45 μm的负压筛分析仪，依照国家标准GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法筛析法》进行；比表面积采用勃氏透气仪测定，依照国家标准GB/T 8074—2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》进行；水泥粉体粒度采用马尔文Mastersizer2000激光粒度仪测定水泥的颗粒分布，依照JC/T 721—2006规定进行。
（3）水泥标准稠度用水量采用GB/T 1346—2011规定进行；所用设备有NJ-160A型水泥净浆搅拌机，水泥稠度及凝结时间测定仪（维卡仪）。
2 结果与讨论
对单掺A、B、D三种助磨剂的水泥颗粒进行性能测试，从45 μm筛筛余、比表面积、均匀性系数n、标准稠度用水量4个指标来评价三种助磨剂的助磨效果。其中不掺助磨剂水泥空白样的45 μm筛筛余、比表面积分别为：11.6%、354 m2/kg。
2.1 助磨剂对45 μm筛筛余的影响
助磨剂掺量对水泥45 μm筛筛余的影响试验结果见图1。从图1可以看出，水泥45 μm筛筛余随着助磨剂掺量的增加而减少，首先是快速降低，当达到某个掺量时，45 μm筛筛余基本变化不大，达到掺量“饱和点”。当助磨剂A掺量为0.07%时达到饱和点，水泥的45 μm筛筛余减少至5.5%，相对空白样的11.6%减少了6.1%，降幅为52.6%；而当助磨剂B掺量为0.06%时达到饱和点，其45 μm筛筛余减少至3.9%，相对空白样减少了7.7%，降幅达到66.4%；助磨剂D则在掺量为0.05%达到饱和点，45 μm筛筛余减少到8.7%，相对空白样降幅只有25%。
图1 助磨剂掺量对水泥45 μm筛筛余的影响
助磨剂饱和点掺量越小，对应的45 μm筛筛余降幅越大，其助磨效果就越好。在相同的掺量下，助磨剂D使水泥的45 μm筛筛余值下降的幅度最小，而助磨剂B使水泥45 μm筛筛余值下降的幅度最大，从减小水泥筛余角度看，助磨效果：B助磨剂>A助磨剂>D助磨剂。
2.2 助磨剂对比表面积的影响
水泥颗粒的比表面积也是评价水泥颗粒细度的一个重要指标，比表面积越大，水泥的水化速率越快，对水泥的强度有利，特别是对早强型的水泥很重要。
助磨剂掺量对水泥比表面积的影响试验结果见图2。从图2可以看出，水泥的比表面积随着助磨剂掺量的增加都是先增大，当达到某个掺量时达到最大值，随着助磨剂掺量继续增加而有所降低。其中助磨剂A掺量为0.07%时水泥的比表面积达到最大值375 m2/kg，相对空白样的比表面积354 m2/kg，增大了21 m2/kg，增幅为5.9%；助磨剂B掺量为0.06%时达到最大值，其比表面积达到380 m2/kg，相对空白样提高了26 m2/kg，增幅为7.5%；助磨剂D掺量为0.05%时达到最大值，其比表面积达到369 m2/kg，相对空白样只提高了15 m2/kg，当继续增加助磨剂掺量时水泥的比表面积下降很快，可能此种助磨剂与该水泥存在一些不相容的问题。
图2 助磨剂掺量对水泥比表面积的影响图片
当助磨剂加入量较少时，有机分子不能完全铺展于颗粒表面，其促使裂纹产生和扩展的能力有限，因而作用效果不是最好，当加入量达到一定数量时，有机分子刚好能完全铺展于颗粒裂纹表面，则其发挥了最佳的助磨效果。当加入量过多时，颗粒表面包裹了过厚的有机分子，其缓解了研磨体对颗粒的撞击作用，同时也削弱了颗粒之间的互相研磨作用，因此反而降低了研磨效果。对比几次助磨剂掺量和水泥比表面积的增幅可以看出，助磨效果：B助磨剂>A助磨剂>D助磨剂。
2.3 助磨剂对均匀性系数n的影响
水泥的性能和水泥的颗粒分布密切相关，其中RRB方程是目前常用而且接近实际的用来描述水泥颗粒分布的模型。其中的n为均匀性系数。n值愈大，颗粒分布范围愈窄，颗粒分布愈均匀；反之，n值愈小，颗粒分布愈不均匀。
助磨剂掺量对水泥粒度分布均匀性系数n的影响试验结果见图3。从图3可以看出，均匀性系数n随着助磨剂掺量的增加都增大，当达到某个掺量时，均匀性系数基本变化不大。A、B、D分别在0.07%、0.06%、0.05%达到稳定值，分别为1.018 9、1.037 39、1.009 49，与45 μm筛筛余对应的饱和点一致，可以看出均匀性系数n达到稳定值的点对应掺量就是助磨剂的饱和点。助磨剂是一种表面活性剂，粉磨过程中吸附在颗粒表面，屏蔽了颗粒表面的静电吸引力，使颗粒分散性变好，减少团聚、包球等现象，颗粒受到研磨体冲击更加均匀，从而使水泥颗粒更加集中，n值越大，助磨效果越好。在相同的掺量下，助磨剂B使水泥n值增大最多，助磨效果：B助磨剂>A助磨剂>D助磨剂。
图3 助磨剂掺量对水泥粒度分布均匀性系数n的影响
2.4 助磨剂对标准稠度用水量的影响
水泥颗粒分布越集中，即均匀性系数越大，水泥堆积密度越小，堆积的空隙越大，为获得足够的流动性，所需填充空隙的水量就越多，从而导致水泥的标准稠度用水量越大[6]。由上文可知，助磨剂的掺入改变了水泥颗粒的分布，即改变了均匀性系数n，因此对水泥的标准稠度用水量也会产生影响。
助磨剂掺量对水泥标准稠度用水量的影响试验结果见图4。
图4 助磨剂掺量对水泥标准稠度用水量的影响
从图4可以看出，随着B、D助磨剂的掺量不断增加，标准稠度用水量增大，当达到某个掺量时，标准稠度用水量基本变化不大。B、D分别在0.03%、0.05%达到稳定值，而A则随着掺量的增加都一直呈现增大的趋势，与45 μm筛筛余对应的饱和点有所不同，可以看出用标准稠度用水量来评定助磨剂的助磨效果并不理想。因为标准稠度用水量除了用来填充颗粒间隙外，还有一部分用来包裹颗粒的表面形成一层“水膜”，让水泥具有一定的流动度，这个与比表面积相关，还有一部分则是与水泥发生反应生成了水化物。
3 结论
（1）助磨剂的助磨效果可以通过水泥的45 μm筛筛余、比表面积、均匀性系数n进行表征，而用标准稠度用水量来评定助磨剂助磨效果并不理想。当达到助磨剂“饱和点”掺量时，45 μm筛筛余、均匀性系数n随着助磨剂掺量增加不再显著变化，而比表面积也达到最大。
（2） A、B、D的饱和点分别为0.07%、0.06%、0.05%；A、B、D的饱和点对应的水泥45 μm筛筛余分别为5.5%、3.9%、8.7%，相对空白样（11.6%）降幅分别为52.6%、66.4%、25%，降幅为：B>A>D；A、B、D的饱和点对应的水泥的比表面积分别为375 m2/kg、380 m2/kg、369 m2/kg，相对空白样（354 m2/kg）分别提高了21 m2/kg、26 m2/kg、15 m2/kg，增幅为：B>A>D；A、B、D的饱和点对应的水泥均匀性系数n分别为1.018 9、1.037 39、1.009 49，n值为：B>A>D。因此，可以得出三种助磨剂的助磨效果为：B>A>D。
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