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聚羧酸减水剂替代醇胺对助磨剂性能影响的研究

发布时间：

2022-05-05 15:02

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随着水泥工艺的发展，在水泥制造过程中，越来越多的掺合料被人们所使用，用以替代熟料，如煤渣、炉渣、石膏、石灰石等，掺合料的加入能降低水泥的生产成本，提高资源的综合利用，符合我国资源回收、循环利用这一政策方针。掺合料对熟料的替代，导致水泥强度有一定程度的下降，水泥研磨过程中加入助磨剂，提高水泥粉末效率，在降低熟料的比例与能耗同时，不影响水泥强度，从而达到提高水泥的研磨效率与水泥的强度的目的。目前市面上常见的助磨剂以醇胺和无机盐搭配为主，既能改善水泥级配，又能促进水泥水化。醇胺为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺，随着国家对水泥行业标准的提高，醇胺类的添加量也不断提高，除了成本上升，价格昂贵，从现有的研究中发现，过量的醇胺和无机盐会对水泥助磨剂产生负面作用，三乙醇胺在低掺量时能够促进水泥水化，提高水泥早期强度，但掺量过高时，会抑制水泥水化[10-11]，过量的无机盐会导致水泥中氯离子含量过高，在混凝土上会导致钢筋的锈蚀。

聚羧酸减水剂（PCE）作为一种生产工艺简单、减水率高、保塌性能好、绿色环保的减水剂，在混凝土行业中已经有了很长的应用历史。在早期实验中，采用聚羧酸减水剂在小磨实验中以 0.1%的掺量进行滴加，进行细度、比表面积检测时发现，滴加减水剂的样品相比于空白水泥，筛余降低 16%，比表面积增加 11%，结果如表 1 所示。PCE 在水泥中，作为水泥助磨剂使用，不仅能够降低水泥的标准稠度需水量，更能够提高水泥的研磨效率。

本文采用 PCE 按照 3%、6%、9%、12%的比例替代本公司助磨剂中复合醇胺，通过实验研究发现，在 6%的聚羧酸减水剂替换下，助磨剂早期提强效果最佳，且随着龄期的延长，28 天强度没有出现强度降低的现象，能够有效解决助磨剂降本提效这一难题。

掺量/% 细度筛余/%  比表面积/(m²·kg-1)
0 18.70 347.6
0.1 15.65 385.3

表 1 PCE 减水剂对水泥性能的影响

1     试验部分 

1.1     主要原材料 

本研究采用的助磨剂以复配技术制得，主要为复合醇胺，质量分数 87.5%；PCE，HL-900，质量分数 50%，湖南中岩建材科技有限公司；多元醇混合物，质量分数 49.5%；辅料，质量分数63.1%；氯化钠，工业级。

小磨实验的熟料来自于坪塘水泥，其成分组成见表 2，粉磨原料及配方见表 3；砂子，标准砂。

成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO 其他
质量分数/% 64.12 22.15 5.03 3.94 3.12 0.25

表 2 坪塘水泥熟料成分 

材料 熟料 石灰石 石膏 煤渣
占比/% 83 6 5 6

表 3 粉末原料及配比 

熟料与石灰石通过鄂氏破碎机进行破碎，使其粒径小于 8 mm，粉末原料按照表 3 配比配至 5 kg，倒入小磨机中进行磨粉 30 min 后得到空白水泥。
1.2 主要仪器设备 

SF-150 型水泥负压筛析仪、SBT-127 型数显勃氏透气比表面积仪、JJ-5 水泥胶砂搅拌机、HBY-40A型水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱、TYE-300 型压力试验机、DKZ-5000 型电动抗折试验机。

2     性能检测方法 

2.1      水泥胶砂成型 

依据国标《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》（GB/T 17671—2020）进行水泥胶砂实验，胶砂实验材料比例见表 4，在试块震动完成至于水平工作台将多余水泥刮除时，需特别注意采用金属直尺与水泥试块形成近似 90°角，在横向快速进行切割沿着水泥试块方向缓慢移动，将超出试模的水泥刮除后，沿反方向进行抹平，防止产生内部应力影响水泥试块的抗压强度，用抹布清理干净模外水泥，并做好标记。

材料 掺量
标准沙/g  1350
水/mL 225
水泥/g 450
助磨剂/g 0.45

表 4 水泥胶砂实验中使用的材料及比例

试块养护：实验完成后水平端放置于 HBY-40A型水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱中，保证养护箱温度 20±1 ℃，湿度≥90%，养护水箱添加水为蒸馏水，在养护箱养护 1 天后，移至养护室养护到指定龄期（3、7、28 天），养护室水温 20±1 ℃，试块竖直放置，在养护期间，保证水面淹过试块，两组试块间距离不小于 6 mm，同一水箱中只养护相同种类试块。
2.2 抗折抗压试验 

检测方法依据水泥国家标准 GB175—1999，对比 PCE 替换复合醇胺后对水泥抗折抗压强度的影响，试验结果如表 5 所示。

PCE 掺量/% 3 天强度/MPa 7 天强度/MPa 28 天强度/MPa
空白水泥 24.8 34.5  49.0
0 26.7 36.7 50.4
3 26.8 37.0 49.7
6 27.6 38.2 50.8
9 26.5 35.6 47.8
12 25.3 35.6 48.2

表 5 强度试验结果 

对比滴加助磨剂水泥与空白水泥不同龄期强度，分析 PCE 在不同掺量下替换复合醇胺对助磨剂在水泥提强效果的影响，结果如图 1 所示。

图 1 PCE 掺量对助磨剂提强效果的影响

通过图 1 可知，PCE 在助磨剂中替换复合醇胺，随着 PCE 掺量的上升，助磨剂提强效果与 PCE 掺量没有表现出线性关系，PCE 替换复合醇胺的掺量在 0~12%范围中存在一个极值，其他助磨剂原材料不变时，6%的掺量下助磨剂提强性能最好。

3      结论与展望 

（1）在小磨实验中直接滴加 PCE 能够降低水泥细度筛余，提高水泥的表面积。
（2）助磨剂中添加 PCE 既能降低水泥的标准稠度需水量，又能提高水泥的强度，6%的 PCE 替代复合醇胺效果最好，3 天强度提升 3.7 MPa，7 天强度提升 2.8 MPa，28 天强度提升 1.8 MPa。PCE 优于原始助磨剂且成本更低， PCE 掺量超过 6%后，提强效果呈下降趋势。
（3）在水泥大磨实验中掺入含有 PCE 的助磨剂，既能从物理性能上提高水泥的粉磨效果，也能从化学性能上激发促进水泥的水化速率。
（4）聚羧酸减水剂以减水率高、合成简单、绿色环保等优势在混凝土中得到广泛应用，随着对 PCE助磨机理的进一步研究，PCE 在助磨剂领域将有更 大的发展空间。

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浅谈聚羧酸减水剂应用中的若干问题

夏季水泥混凝土施工质量问题分析

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