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单体助磨剂对硅酸盐水泥性能的影响

来源: 雅博体育市海森化工有限公司  日期:2016-09-23 09:00:00  属于:产物技术
文章摘要:以三异丙醇胺、三乙醇胺、丙二醇、乙二醇、山梨醇和二乙二醇6种不同的醇及醇胺体助磨,添加的量分数均0.04%,粉磨30min,阐发粉磨后的水泥粒形貌、比表面、余量、粒径分布以及3、28d水泥的度等。果注解,6种助磨均能改善粉磨效率,提高胶砂度。
水泥是主要的建筑材料之一。按照国家统计局公布的数字,2011年我国水泥产量达到20.9亿t,同比增长了10.8%。在水泥粉磨过程中约95%的能量转化为热量被浪费,因此提高水泥质量,提高粉磨效率,降低粉磨电耗,已成为水泥领域极为关注的问题。目前常采用调整工艺及设备和添加外加剂(助磨剂)的方法来提高粉磨效率,降低电耗。现有工艺中,助磨剂的添加因具有周期短、投资小等长处,被广泛应用于水泥粉磨中。对助磨剂作用机理的研究也较多,其中最著名的有2种学说:强度消弱理论学说与颗粒分散学说。醇胺类表面活性剂目前应用最广泛。本文中对空白试样以及添加三乙醇胺三异丙醇胺、丙二醇、乙二醇、山梨醇和二乙二醇助磨剂的试样进行尝试,阐发助磨剂单体对水泥颗粒形貌、比表面积、筛余量、粒径分布以及胶砂强度等的影响。
 
单体助磨剂对硅酸盐水泥性能的影响
 
 
 
1尝试
1.1原料
主要原料包罗:三异丙醇胺,质量分数为95%,三乙醇胺、一缩二乙二醇、1,2-丙二醇,乙二醇,山梨醇,水泥熟料,石膏为二水石膏。水泥熟料与石膏的化学成分阐发如表1、2所示。
 
1.2方法
球磨尝试:水泥熟料和石膏别离用颚式破碎机破碎,按照熟料与石膏的质量分数别离为95%与5%的配比配成5kg物料,共7组试样,将占总物料(5kg水泥)质量0.04%的助磨剂在粉磨前淋到物料上,物料加到500mm×500mm的尝试磨中粉磨30min。
物理性能测试:按照国家尺度对粉磨好的物料进行比表面积、筛余量、成型试块胶砂强度、尺度稠度等尝试,操作宏不雅观测试及微不雅观阐发的方法对单体助磨剂进行较周全的尝试。
2成果与讨论
用S0暗示不添加助磨剂的空白试样,S1、S2、S3、S4、S5、S6别离暗示添加三乙醇胺三异丙醇胺、丙二醇、乙二醇、山梨醇、二乙二醇助磨剂的试样。
2.1水泥比表面积以及细度阐发
按照国家尺度GB/T8074—2008要求进行比表面积尝试,按照国家尺度GB/T1345—2005进行水泥细度尝试。7组水泥试样S0—S6的比表面积、80μm筛余量以及45μm筛余量如表3所示。由表可知,添加助磨剂的水泥试样的比表面积增大,不添加助磨剂试样S0的比表面积最小,为370.4m2/kg,试样S1的比表面积最大,可达429.0m2/kg。添加助磨剂的试样的筛余量都有所降低,S6的80μm筛余质量分数降低至0.6%,与空白试样S0的80μm筛余质量分数2.8%比拟,降低了2.2%。说明添加二乙二醇助磨剂的水泥试样粗颗粒含量减小效果最明显。45μm筛余质量分数同样说明添加助磨剂能相对减小水泥颗粒粒度。添加三乙醇胺助磨剂的试样S1的45μm筛余质量分数最小为6.5%,与空白试样S0的45μm筛余质量分数降低了3.9%,与其他试样比拟,筛余效果最佳。
比表面积只能粗略地表征助磨效果。比表面积主要依靠于水泥颗粒粒径分布或堆积密度,颗粒越小,比表面积越大,但是无法具体反映颗粒的分散度。同样,水泥筛余尝试反映的是试样中粗颗粒的含量,也不能具体反映颗粒的分散情况,并且与水泥强度的相关性也较差。粒径为3~32μm的颗粒对水泥强度起主要作用,其中粒径小于3μm及大于60μm的颗粒应尽量少,原因是颗粒分布中小于3μm细颗粒的存在只会对早强起作用,粒径大于60μm的颗粒对强度的贡献不大,最多起填料作用。表4所示为水泥试样的粒径分布。由表可知,添加不同助磨剂的水泥颗粒粒径分布发生了不同变化。添加助磨剂的试样粒径为3~32μm的颗粒累积体积分数都大于空白试样的,S6的粒径为3~32μm的颗粒累积体积分数最大,为69.43%,S1的次之,为65.79%。

 
2.2水泥胶砂强度的影响
力学强度是水泥的一个主要指标。按照国家尺度GB/T17671—1999的要求进行3、28d水泥胶砂强度尝试,成果如图1所示。由图可知,添加助磨剂的6组试样的抗折、抗压强度都有不同程度的增大。试样S5的3d抗折强度最大,为6.6MPa,比空白试样S0的增大了1.8MPa。S6的28d抗折强度最大,为8.5MPa,比S0的增大了1.4MPa。抗压强度与水泥颗粒的粒度分布有很大关系,影响水泥水化后期强度的颗粒主要分布在3~32μm[8]。试样3d的抗压强度与28d的变化规律基本一致。S2的3d抗压强度最大,为35.1MPa,比S0的增大了10.7MPa。这应该与粒径大于3μm的颗粒含量存在某种关联性。由表4可知,S2的粒径小于3μm的颗粒含量最大,其3d强度最大,S1与S5粒径小于3μm的颗粒含量次之,它们的3d强度也基本仅次于S5的,说明早期强度受粒径小于3μm的颗粒影响大。在28d强度中,S5的28d抗压强度最大,为50.1MPa,增大了14.3MPa,S1、S2、S6的抗压强度次之,这也与它们粒径为3~32μm的颗粒含量基本一致。
2.3水泥尺度稠度用水量与凝聚时间的影响
按照国家尺度GB/T1346—2011要求进行水泥尺度稠度用水量、凝聚时间尝试。尺度稠度用水量与比表面积以及粒径分布也有必然相关性。一般地,在同等条件下,比表面积越大,说明细颗粒越多,与水拌和时,水泥与水接触的面积大,用水量总体就会增大,整体尺度稠度用水量相对空白试样波动不大,但是都有所增大。水泥试样的尺度稠度用水量与凝聚时间如表5所示。由表可知,试样按尺度稠度用水量从大到小摆列为S5、S2、S1、S3、S4、S6、S0。凝聚时间也是水泥试样的一项非常主要的技术指标。测定水泥达到初凝和终凝所需的时间除了可以用来评定水泥的可施工性外,也可以猜测和阐发判定水泥试样的水化快慢情况。国家尺度要求硅酸盐水泥的初凝时间不得少于45min,终凝时间不得多于6.5h。表中试样的凝聚时间都满足国家尺度要求。添加助磨剂的试样的初凝时间,除了S3和S6试样,其他试样比空白试样都稍有延缓,但是幅度不大。S3、S4、S5和S6添加醇类助磨剂的终凝时间都有所缩短,添加三乙醇胺三异丙醇胺的醇胺类助磨剂试样S1和S2的终凝时间别离延长了10、11min。
2.4颗粒试样微不雅观阐发
水泥颗粒的微不雅观形貌采用JSM-5900型扫描电子显微镜(SEM,日本电子公司)进行阐发。7种试样别离粉磨30min。图2为S0、S1、S2和S5的SEM图像。由图可知,在不异的粉磨时间下,S0的最大颗粒比其他3组试样的大,并且S0的颗粒分布最不均匀。整体来看,添加助磨剂的水泥试样颗粒比空白水泥试样的粒度均匀,分布较窄,粒度更小。由此可见,添加助磨剂对水泥粉磨效率是有促进作用的。S1、S5的粒度比S2的更小,分布更均匀。图3为水泥颗粒的高倍SEM图像。由图可知,S0的颗粒外形更不规则,棱角也较尖锐,S1的颗粒棱角相对较少,趋于圆弧型。棱角分明不利于颗粒的流动,从而会降低粉磨效率,所以不添加助磨剂S0的颗粒比添加助磨剂的颗粒粗,均匀性较差。这与图2中的成果相一致,说明助磨剂有改善颗粒表面形貌,增强颗粒流动性的作用。

3结论
1)添加质量分数为0.04%的助磨剂的水泥试样性能优于空白试样的。按照80μm筛余量、45μm筛余量、粒径分布以及扫描电镜图像阐发,S1、S2、S3、S4、S5和S6的颗粒都比S0的颗粒小,分布更均匀,S0的颗粒最大。添加助磨剂能改善颗粒形貌,提高粉磨效率。由S6的筛余成果可知,添加二乙二醇助磨剂使粗颗粒的含量减小的效果最明显。
2)添加质量分数为0.04%的助磨剂的试样抗折、抗压强度都有所增大,其中,添加三异丙醇胺的试样S2的3d抗压强度最大,为35.1MPa,比试样S0的增大了10.7MPa;试样S5的28d抗压强度最大,为50.1MPa,增大了14.3MPa,试样S1次之,为49.5MPa。
3)粒径分布与抗压强度尝试成果注解,水泥的抗压强度与水泥颗粒的粒度分布有很大关系,粒径小于3μm的颗粒含量影响水泥的早期强度,粒径为3~32μm的颗粒对水泥后期的强度影响更明显。


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