助磨劑與水泥的適應(yīng)性研究

陳建兵，王立福，張惠敏

（1 河北省第四建筑工程公司，河北 石家莊 050051；2 石家莊排水管理處，河北 石家莊 050091；3 河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018）

1 引言

我國(guó)水泥行業(yè)在“十一五”后期投資過(guò)猛。2009 年中國(guó)新型干法生產(chǎn)線將達(dá)到1130 條，熟料產(chǎn)能9 億噸，水泥總產(chǎn)能達(dá)到14 億噸。2010 年1月～4月份全國(guó)累計(jì)完成投資363 億元，同比增長(zhǎng)91.72%，高于上年同期55.65%。水泥性能高低決定了我國(guó)水泥行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r,而助磨劑在水泥生產(chǎn)及其對(duì)水泥性能影響方面起著關(guān)鍵作用。因此，研究助磨劑與水泥性能的關(guān)系成了一個(gè)必然的趨勢(shì)[1]。

目前市場(chǎng)上助磨劑種類繁多，很多水泥生產(chǎn)廠家為了節(jié)能降耗和提高水泥的性能在生產(chǎn)過(guò)程中也紛紛采用了助磨劑。但助磨劑與水泥之間是否存在某種適應(yīng)關(guān)系呢？有關(guān)這方面的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本文探討4 種助磨劑（YHT-030、YHT-102、YHT-130 和JY）對(duì)3 種水泥（普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥和粉煤灰水泥）性能的影響，研究了助磨劑與水泥之間的適應(yīng)關(guān)系。為助磨劑的應(yīng)用研究提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原料

鼎鑫水泥廠生產(chǎn)的水泥熟料；脫硫石膏SO3質(zhì)量百分比為43%；其附著水為12.20%，結(jié)晶水為20.79%；粒化高爐礦渣采用硫酸渣，其礦物組成中玻璃體含量在85%以上；粉煤灰礦物組成中玻璃體含量在85%以上；助磨劑：譽(yù)和田科技有限公司生產(chǎn)的高效助磨劑YHT-030，YHT-102，YHT-130 和鼎鑫集團(tuán)自主研發(fā)的JY 助磨劑。前三種助磨劑的主要成分是三乙醇胺，后一種主要成分是三異丙醇胺。部分原材料化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。

表1 原材料化學(xué)成分 %

2.2 試驗(yàn)過(guò)程及標(biāo)準(zhǔn)

按表2 配比，分別稱取試樣5kg，與助磨劑一并置于Φ500×500mm 試驗(yàn)小磨中粉磨20min。過(guò)0.08mm 方孔篩，然后分別進(jìn)行性能測(cè)定。水泥凝結(jié)時(shí)間測(cè)定依據(jù)GB1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》，水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)GB/T17671-1999 《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》 ，水泥細(xì)度檢驗(yàn)依據(jù)GB/T1345-2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法篩析法》，比表面積測(cè)定依據(jù)GB/T 8074-2008《水泥比表面積測(cè)定方法(勃氏法)》，水泥粒度分布采用FAM 激光粒度測(cè)試儀測(cè)定。為方便起見(jiàn)，我們分別將水泥進(jìn)行編號(hào)，如表2 所示。其中第一組試樣為1 號(hào)試樣，代表普通硅酸鹽水泥；第二組試樣為2 號(hào)試樣，代表礦渣水泥；第三組試樣為3 號(hào)試樣，代表粉煤灰水泥。

表2 水泥配比以及助磨劑摻量

3 結(jié)果與討論

3.1 細(xì)度

水泥細(xì)度可以從篩余、比表面積、顆粒級(jí)配、平均粒徑等幾方面進(jìn)行表征。但相對(duì)比較準(zhǔn)確且最能反映水泥細(xì)度全貌的是顆粒級(jí)配和平均粒徑。表3 是水泥粉體中的有效顆粒含量和中位徑值。

從表3 可以看出，加入助磨劑后，對(duì)水泥強(qiáng)度起決定作用的3 ～32μm 顆粒的含量增加，水泥的中位徑減小。這說(shuō)明粉體中小顆粒的含量增多了，大顆粒相對(duì)減少，粒度分布更加合理。此外，還可以發(fā)現(xiàn)，助磨劑不同，對(duì)同種水泥的粒度影響也不一樣，或者說(shuō)助磨效果不同。YHT-030 型、YHT-102 型、YHT-130 型助磨劑對(duì)1 號(hào)和3 號(hào)水泥的助磨效果較好，JY 助磨劑對(duì)試驗(yàn)所選得三種水泥均有較好的助磨效果。也就是說(shuō)，助磨劑與水泥品種之間存在一定的匹配關(guān)系。摻加合適的助磨劑后，可以使水泥的粒度分布更加合理。

表3 水泥粒度分布

3.2 凈漿流動(dòng)度

水泥凈漿流動(dòng)度的影響因素很多，包括熟料礦物組成、外加劑、混合材品種和摻量、石膏品種、粉磨工藝和水泥細(xì)度等；在試驗(yàn)條件一定時(shí)，所得產(chǎn)品顆粒越細(xì)，助磨劑的助磨效果越好，水泥凈漿流動(dòng)度越小。表4 是三種水泥與不同助磨劑匹配后的凈漿流動(dòng)度數(shù)值。

表4 凈漿流動(dòng)度

由表4 可以看出，添加助磨劑以后，對(duì)于各品種水泥的凈漿流動(dòng)度都有不同程度的提高。YHT-030、YHT-102 和YHT-130 型助磨劑對(duì)普通硅酸鹽水泥和粉煤灰水泥的助磨效果非常明顯，但是對(duì)礦渣水泥的助磨效果不明顯。JY 助磨劑對(duì)礦渣水泥的助磨效果明顯，但對(duì)于普通硅酸鹽水泥和粉煤灰水泥的助磨效果一般。由此進(jìn)一步說(shuō)明，助磨劑與水泥品種之間確實(shí)存在一定的適應(yīng)性。對(duì)于一定品種的水泥，加入合適的助磨劑可以明顯提高水泥的凈漿流動(dòng)度，否則效果不明顯。

3.3 水泥膠砂強(qiáng)度

影響水泥膠砂強(qiáng)度的因素很多，例如：水泥熟料強(qiáng)度、熟料配比、混合材種類和活性等。但對(duì)于一定品種的水泥，在粉磨過(guò)程中采用助磨劑是提高水泥強(qiáng)度的有效途徑之一。表5 分析比較了加入不同助磨劑的試樣與空白試樣的抗折和抗壓強(qiáng)度變化情況。

由表5 可以看出，助磨劑的加入，可以改善水泥的抗折和抗壓強(qiáng)度。但助磨劑與水泥品種之間存在一定的匹配關(guān)系。YHT-030 型助磨劑對(duì)1、2、3 號(hào)水泥的早期強(qiáng)度提高較明顯，而對(duì)后期強(qiáng)度提高不是很明顯；YHT-102 型助磨劑對(duì)粉煤灰水泥和礦渣水泥的強(qiáng)度影響比較明顯，對(duì)普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度影響不大； YHT-130 型助磨劑對(duì)普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥的強(qiáng)度影響比較明顯，對(duì)粉煤灰水泥的強(qiáng)度影響不大； JY助磨劑對(duì)粉煤灰水泥、礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度影響都比較明顯。由此可以看出，助磨劑與水泥品種之間存在一定的匹配關(guān)系。適宜的助磨劑能夠明顯提高水泥的抗折和抗壓強(qiáng)度。

表5 水泥強(qiáng)度 MPa

3.4 密度

在粉磨工藝一定時(shí)，水泥密度在一定程度上能夠反映水泥粉體的顆粒大小。對(duì)研究助磨劑與水泥之間的適應(yīng)性有一定的貢獻(xiàn)。表6 是5 個(gè)代表性試樣的密度測(cè)定值。

表6 水泥密度

由表6 可知，加入助磨劑之后，水泥密度均未發(fā)生改變。根據(jù)緊密堆積原理，粉體顆粒在堆積的過(guò)程中表現(xiàn)為大顆粒做堆積，小顆粒填充空隙。因此，助磨劑的加入雖然改變了顆粒的粒徑分布，使得顆粒的粒徑分布變窄，大顆粒和小顆粒數(shù)量減少，中間尺寸顆粒數(shù)量變大，但總的堆積結(jié)果跟未摻加助磨劑的水泥顆粒效果近同，也就是說(shuō)各種助磨劑的加入對(duì)水泥的密度均不產(chǎn)生影響。

3.5 凝結(jié)時(shí)間

水泥凝結(jié)時(shí)間分為初凝和終凝。為保證工程施工的順利進(jìn)行，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不早于45 分鐘，終凝時(shí)間不遲于6.5 個(gè)小時(shí)。其它水泥的終凝時(shí)間不得遲于10小時(shí)。表7 是加入助磨劑后水泥的凝結(jié)時(shí)間變化情況。

表7 水泥的凝結(jié)時(shí)間

由表7 可以看出，助磨劑的加入對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響不大，一般略有減少，但是效果不是很明顯，規(guī)律性也不是很強(qiáng)。這與文獻(xiàn)[2]的結(jié)論是一致的。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的形成可能有兩方面的原因。一方面助磨劑的加入可能會(huì)在水泥顆粒的周圍附著一層油膜，阻止其水化，使得凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)；另一方面助磨劑的加入，水泥細(xì)度變小，比表面能增大，導(dǎo)致水泥的水化速度加快，凝結(jié)時(shí)間變短。

綜上所述，助磨劑與水泥之間確實(shí)存在一定的匹配關(guān)系。適宜助磨劑的加入，可以明顯改善水泥的粒度分布，提高有效顆粒（3～32μm）含量，水泥中位徑向小顆粒方向移動(dòng)；提高水泥的凈漿流動(dòng)度；改善水泥膠砂強(qiáng)度。相反，如果助磨劑使用不當(dāng)，則水泥的性能改善不明顯，卻空增了水泥的生產(chǎn)成本。但無(wú)論選用何種助磨劑，對(duì)水泥的性能都不會(huì)帶來(lái)明顯的負(fù)作用。

4 結(jié)論

助磨劑與水泥品種之間存在一定的適應(yīng)性。適宜的助磨劑可以改善水泥粉體的顆粒分布，提高水泥的凈漿流動(dòng)度、膠砂強(qiáng)度等性能。

[1]徐日昌、彭春元等.水泥熟料復(fù)合助磨劑的研究[J].材料學(xué)報(bào)，2006，15（4）：6-10

[2]鄭少華，王本語(yǔ)，趙旭光.助磨劑在水泥粉磨中的作用及對(duì)產(chǎn)品性能的影響[J].水泥.1994，(7):1-4