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三异丙醇胺-糖蜜作增强型水泥助磨剂的研究

来源: 雅博体育市海森化工有限公司  日期:2016-08-24 09:00:00  属于:产物技术
文章摘要:研究了三异丙醇胺(TIPA)-糖蜜复合助磨剂对水泥的助磨及增强效果,并对助磨机理和增强机理进行了探讨。成果注解,TIPA与糖蜜按必然比例复合,可以使水泥比表面积提高20~25m2/kg,45μm筛余降低2.2%~3.1%(绝对值),3d抗压强度稍有提高,28d抗压强度提高10%摆布,表示出良好的助磨作用和后强效果。在本案例中,TIPA-糖蜜作增强型助磨剂,可以在保证水泥强度的前提下用混合材替代熟料5%以上。
助磨剂可以提高粉磨效率,具有增强作用的助磨助磨剂可以提高粉磨效率,具有增强作用的助磨减少碳排放。增强型助磨剂大致可分为早强型、后强型和早强兼后强型。早强型助磨剂以提高水泥早期强度(3d)为主,适用于早期强度富余较少、后期强度富余较多的水泥。这类助磨剂的市场需求较大,相关研究也比力多,以三乙醇胺系列为主。后强型助磨剂以提高水泥后期强度(28d)为主,适用于早期强度富余较多、后期强度富余较少的水泥。这类助磨剂的市场需求较小,研究报道也比力少。
三异丙醇胺-糖蜜作增强型水泥助磨剂的研究

某水泥厂出产的P·O42.5水泥的3d抗压强度约为27MPa,远远超过《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)“≥17MPa”的要求。但是,其28d抗压强度仅为47MPa摆布,后期强度富余较少。该水泥厂选用惰性的石灰石和火山灰质的煤矸石作混合材,活性较低。假如降低熟料用量,提高混合材掺量,则后期强度难以保证。结合此例,采用后强和助磨效果较好的三异丙醇胺(TIPA)与助磨效果较好的糖蜜配制增强型助磨剂,研究其在助磨、增强、减少熟料用量等方面的效果。
1试验内容与方法
1.1原材料
熟料、天然二水石膏、石灰石和煤矸石(700℃煅烧2h),化学成分见表1。
TIPA的布局式是[CH3CH(OH)CH2]3N,无色黏稠液体,沸点248.7℃,易溶于水。纯度为85%。糖蜜是甘蔗、甜菜等制糖业的副产物,蔗糖含量一般在42%~50%之间,棕褐色黏稠状液体。
1.2试验配比
水泥和助磨剂的组成见表2。C0是水泥厂的水泥原配比,熟料含量为81%,粉磨时不掺任何助磨剂,称为高熟料空白水泥。E0的熟料含量为76%,即用煤矸石取代了原水泥中5%的熟料,粉磨时也不掺任何助磨剂,称为低熟料空白水泥。E1~E4的水泥组成与E0不异,粉磨时别离掺加助磨剂E1~E4。复合助磨剂掺量均为水泥质量的0.1%(含水)。
1.3试验方法
按照GB/T26748—2011《水泥助磨剂》测试助磨剂的助磨效果。首先,用颚式破碎机将熟料、石膏、石灰石和煤矸石别离破碎,筛取1~7mm的原料备用。然后,按比例配料(每组5kg),均匀喷洒必然掺量的助磨剂,放入Φ500mm×500mm尺度试验磨中粉磨26min,过0.9mm筛后得到水泥样品。参照GB/T8074—2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》和GB/T1345—2005《水泥细度查验方法筛析法》测试水泥比表面积和筛余,并用BeckmanCoulterLS230激光粒度阐发仪测试水泥样品的粒径分布。按照GB/T1346—2011和GB/T17671—1999测试水泥样品的尺度稠度用水量、凝聚时间和胶砂强度等。
2成果阐发与讨论
2.1助磨效果与助磨机理阐发
掺与未掺助磨剂粉磨的水泥的基本性能列于表3。可以看出,除E1外(单独使用糖蜜),其他三种助磨剂可以使低熟料水泥的比表面积提高23~25m2/kg,45μm筛余降低2.2%~3.1%,助磨效果显著。

 
 
水泥E3及E0的激光粒度分布曲线见图1,可以看出,复合助磨剂E3增加了15μm以下的细颗粒含量,减少了15μm以上的粗颗粒含量,使水泥粒径分布曲线向细颗粒区域平移,充实说明其良好的助磨效果。其他助磨剂对水泥粒径分布的影响与之类似,将各水泥试样的粒径分布列于表4。可以看出,与低熟料空白水泥E0比拟,助磨剂E2~E4明显增加了3μm以下的细颗粒含量和对强度贡献较大的3~32μm颗粒含量,减少了60μm以上的粗颗粒含量,使水泥的中位粒径D50和体积平均粒径Dav别离减小2.77~4.80μm和2.39~3.85μm,助磨效果显著。单独使用糖蜜时(E1),也有类似的作用,但是效果不如助磨剂E2~E4明显,这与比表面积和筛余的成果一致。

从比表面积、45μm筛余和激光粒度阐发来看,复合助磨剂E3(15%TIPA+10%糖蜜+75%水)的助磨效果最好,优于单独使用糖蜜(E1)或TIPA(E4),说明TIPA与糖蜜有必然的复合效应。
助磨剂对粉磨物料主要有削弱强度和分散颗粒两方面的作用。Rehibinder强度削弱理论认为,助磨剂分子吸附在粉磨物料表面,可以降低颗粒的表面能,引起近表面层晶格的位置迁移,产生点或线的缺陷,从而降低颗粒的强度和硬度。同时,助磨剂渗入颗粒微细裂纹中,产生强烈的“劈楔作用”,防止裂纹愈合、加速裂纹扩展,使物料易于粉磨。Mardulier颗粒分散理论认为,助磨剂可以吸附在粉磨物料的颗粒表面,中和化学键断裂(如Si-O和Ca-O)产生的多余电子(如Ca2+和O2-),防止这些活性点彼此吸引,按捺断裂面愈合或颗粒团聚,使物料具有较好的分散性和流动性,从而提高粉磨效率。
TIPA属于极性有机物,羟丙基上含有-OH和-CH3两种端基。羟基-OH轻易吸附在水泥颗粒上,使TIPA分子屏蔽颗粒新生断面上的活性点,并在微裂缝处阐扬“劈楔作用”。TIPA中的烷基-CH3向外伸展,可以防止水泥颗粒团聚,提高分散性。糖蜜的主要成分是糖类物质,含有较多的-OH,也轻易吸附在水泥颗粒上,屏蔽多余电荷,防止颗粒团聚,提高水泥的分散性。因此,TIPA和糖蜜对水泥有较好的助磨作用。
2.2增强效果与增强机理阐发
从表3可以看出,与高熟料空白水泥C0比拟,低熟料空白水泥E0用煤矸石取代了5%的熟料,导致水泥的3d和28d抗压强度别离降低了1.5MPa和2.9MPa。熟料含量同为76%时,助磨剂E2~E4可以使水泥的28d抗压强度提高3.9~5.5MPa,增强8.9%~12.6%,从而超过高熟料空白水泥C0的程度。尽管它们对早期强度提高不大,但是仍然能保证水泥的3d强度远远高于GB175—2007的要求。此外,这些助磨剂引起的尺度稠度用水量变化和凝聚时间的变化均不超过GB/T26748—2011的限制。TIPA-糖蜜可以作为后强型助磨剂,适用于类似本案例的早期强度富余较多、后期强度富余较少的水泥。从试验成果来看,TIPA与糖蜜复合而成的助磨剂E2和E3可以在保证水泥强度的前提下减少熟料用量5%以上。助磨剂对水泥强度的影响主要来自两方面:一方面是在粉磨过程中改变水泥的颗粒大小和粒径分布,另一方面是在水化过程中通过化学作用改变水泥的水化速度。
还明显增加了对28d强度贡献较大的3~32μm颗粒,减少了对强度贡献较小的45μm以上的粗颗粒,有助于提高水泥的后期强度。
此外,TIPA有络合Fe3+和Al3+的作用,有助于C4AF的水化。不存在TIPA的情况下,C4AF解体较慢,溶液中的Fe3+和Al3+浓度较低且迁移较慢———Fe3+主要停留在本来的C4AF矿物颗粒处,难以到达水化产物的生长点,不利于水化产物生长。TIPA通过络合作用促进Fe3+和Al3+的溶解,加快它们向水化产物生长点移动和沉积,称之为“络合传输效应”。在TIPA的作用下,水泥水化后期(15d以后)形成较多的AFm和C8AFH26,并且TIPA在水泥孔溶液中存在的时间较长,可以不竭地促进C4AF水化。助磨剂E2~E4含有10%~25%的TIPA,因此,它们提高水泥后期强度的作用很明显。
糖蜜中的糖类物质可以吸附在水泥颗粒或水化产物表面,形成临时庇护膜,从而按捺水泥早期水化,延长诱导期,起到缓凝作用。这层临时庇护膜在水化过程中逐渐被破坏,糖类物质消耗在水化产物中,水化逐渐恢复正常,浆体布局不会受到不良影响,水泥强度的成长也可以恢复。它还可以通过吸附或络合作用,使水化产物均匀生长,布局更致密,提高硬化水泥石的强度。可见,糖蜜虽然有缓凝作用,但是,不会对水泥强度产生不良影响。
综上所述,TIPA与糖蜜复合而成的助磨剂E2和E3的助磨效果优于单独使用糖蜜(E1)或TIPA(E4)。E2和E3的增强效果稍低于E4,但是它们的TIPA含量比E4少,成本较低,并且能很好地满足增强要求。综合考虑助磨、增强、成本等因素,可以选用E2和E3作后强型助磨剂。
3结论
通过TIPA与糖蜜复合,得到助磨剂E2和E3,组成别离为“10%TIPA+15%糖蜜+75%水”和“15%TIPA+10%糖蜜+75%水”,掺量均为水泥质量的0.1%。水泥组成不异时,它们可以使水泥比表面积提高20~25m2/kg,45μm筛余降低2.2%~3.1%,水泥颗粒明显变细,助磨效果显著。此外,它们能使水泥3d抗压强度稍有提高,28d抗压强度提高10%摆布,表示出良好的后强效果。TIPA-糖蜜可以作为后强型助磨剂,适用于早期强度富余较多、后期强度富余较少的水泥。在本案例中,助磨剂E2和E3可以在保证水泥强度的前提下用混合材替代熟料5%以上,达到节能、降耗、利废和节约水泥原材料成本等效果。

 

 


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