水泥復合保坍助磨劑的研究

李 憲 軍

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

·建筑材料及應用·

水泥復合保坍助磨劑的研究

李 憲 軍

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

對二組分和三組分復合保坍助磨劑進行了助磨效果和對水泥物理性能的影響分析，特別研究了對水泥與外加劑適應性的影響程度，得出了一些有利用價值的結論，對混凝土尤其是商品混凝土的良性發展提供了技術保障。

助磨劑，復合，疊加效應，水泥性能，適應性

0 引言

隨著國家節能減排政策的持續深入，作為高能耗的水泥生產企業，也面臨著嚴峻的考驗。如何提高粉磨效率和降低磨機能耗，是每一個水泥企業面臨的重大課題，水泥行業節能降耗的有效措施之一就是使用助磨劑[1]。粉磨水泥時加入助磨劑，不但提高了粉磨效率，而且還可以激發混合材的潛在活性，從而提高混合材的摻量，進一步降低了水泥的生產成本。然而，助磨劑的引入使水泥與外加劑的適應性問題變得更加嚴峻——使水泥與外加劑的適應性變得更差，導致商品混凝土的坍落度及坍落度經時損失波動更大，于是部分混凝土生產廠家對摻助磨劑水泥的使用提出了質疑[1，2]。蘭明章等人研究了助磨劑對水泥與外加劑的適應性影響，結果表明：在粉磨過程中加入助磨劑組分制備的水泥與外加劑表現出適應性不良的問題[3]。李憲軍等人研究發現，磷酸鹽類助磨劑對水泥與萘系減水劑的適應性有明顯改善，這一發現為本研究奠定了基礎，能從根本上解決這一問題[2,4]。本研究集成上述專家學者的研究思路，研發出水泥復合保坍助磨劑，既有很好的助磨效果和增強效果，又能有效改善水泥與外加劑的適應性。

1 試驗所用原材料

本試驗采用智海水泥熟料，獅頭水泥熟料，二水天然石膏，粉煤灰(原灰)，工業級磷酸鹽A，工業級磷酸鹽B，工業級葡萄糖酸鈉，工業級有機物Y，萘系高效減水劑，氨基磺酸鹽高效減水劑作為試驗用原材料。

2 試驗方案及最佳復合比例的確定

首先，依據所用助磨劑單體在水中的溶解度和水泥復合助磨劑摻量，來配置不同濃度的溶液，以供復配使用；第二，按照不同比例對磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液進行復配，通過水泥的細度(粉磨30 min時)和對水泥與外加劑適應性的影響確定最佳復合比例；第三，根據二組分的試驗結果，選出磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳組合，再引入有機物Y，確定最佳復合配比。本試驗采用智海水泥熟料。

液體助磨劑的摻量要做適當的控制，這是因為助磨劑溶液中帶入少量水分不會對水泥粉磨產生不良的影響，反而還有一定的助磨效果(水分子是極性小分子)，但是大量的水分引入，就會產生不良的影響，比如包球糊磨現象。本試驗所配制助磨劑單體溶液濃度：磷酸鹽A為35%，磷酸鹽B為10%，有機物Y為50%。

2.1 二組分復配最佳比例的確定

表1 無機鹽A和無機鹽B溶液不同比例復配試驗結果

本試驗所配制助磨劑單體溶液濃度：磷酸鹽A為35%，磷酸鹽B為10%，有機物Y為50%。

李憲軍等人[1-3]發現磷酸鹽A和磷酸鹽B對水泥與外加劑的適應性有明顯改善。這一研究發現對水泥復合保坍助磨劑的研發具有開拓性意義，而且發現對后期助磨效果好的是磷酸鹽A，對中期助磨效果好的是磷酸鹽B。研究磷酸鹽A和磷酸鹽B助磨劑單體的最佳復配比例是非常必要的。具體試驗方案及試驗結果如表1所示。

由表1可以看出，磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳比例為1∶1時的助磨效果最好，與空白樣相比較，比表面積增大43 m2/kg；對水泥與萘系減水劑的適應性有較明顯的改善，特別是水泥凈漿流動度經時損失控制的好。

2.2 三組分復配最佳比例的確定

磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液為1∶1時，對水泥與外加劑的適應性和提高助磨效果方面均有明顯改善。以該混合液與有機物Y溶液進行復配，對水泥與外加劑的適應性有不良影響的有機物Y在復配中不能占太高比例。其試驗方案和結果如表2所示。

表2 三組分復配試驗結果

由表2可知，有機物Y助磨劑溶液摻量為10%時效果相對較好，對水泥與萘系減水劑的適應性也有所改善；確定三組分配方為：磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳比例為1∶1時，與有機物Y溶液以9∶1的比例復合制得的三組分復合保坍助磨劑性能最佳。

3 水泥復合保坍助磨劑試驗結果及分析

3.1 水泥復合保坍助磨劑助磨效果及分析

為了驗證兩種復合保坍助磨劑在不同摻量、不同粉磨時間下的助磨效果，本試驗采用了獅頭水泥熟料，其試驗的結果如表3所示。

表3 水泥復合保坍助磨劑不同摻量、不同粉磨時間對助磨效果的影響

由表3可以看出，隨著粉磨時間的增加，粉磨時摻助磨劑的水泥與空白水泥的比表面積均表現為逐步增大的趨勢，粉磨時摻助磨劑的水泥比表面積增幅較大，尤其是助磨劑在合適摻量下增幅最大，細度表現為80 μm篩余值先降后增；隨著兩種助磨劑摻量的增大，在不同粉磨時段比表面積總體表現為先增后降，80 μm篩余值變化表現的不太規則，但總的趨勢是先增后降，而且助磨劑的摻量對80 μm篩余值影響不大；隨著有機物Y助磨劑的加入，對助磨效果又有所改善，但有機物Y的摻量要控制，不然會影響水泥與外加劑的適應性。通過分析結果可以確定二組分復合保坍助磨劑的最佳摻量為0.09%，三組分復合保坍助磨劑的最佳摻量為0.08%。

3.2 水泥復合保坍助磨劑對水泥性能影響的結果及分析

為了研究在不同摻量下兩種復合助磨劑對水泥性能的影響，采用獅頭水泥熟料，在粉磨時摻入不同比例的助磨劑，其水泥比表面積均控制在(350±10)m2/kg范圍內，進行水泥物理性能試驗研究。其試驗結果如表4所示。

表4 水泥復合保坍助磨劑對水泥性能的影響

由表4可以看出，隨著助磨劑摻量的增大，3 d抗壓、抗折強度呈現增長的趨勢，其中增幅最大的是二組分助磨劑，在0.17%的摻量時，抗折和抗壓強度分別增長了0.7 MPa和4.0 MPa；28 d抗壓、抗折強度為先增后略有下降，增幅最大的是三組分助磨劑，在0.12%的摻量時，抗折和抗壓強度分別增長了0.8 MPa和4.4 MPa。

與空白水泥相比，水泥標準稠度用水量的增減幅度都沒有超過1%，但是水泥標準稠度用水量卻略有下降的趨勢；水泥的凝結時間差均沒有超過30 min；水泥體積安定性都合格，均符合標準要求。

3.3 水泥復合保坍助磨劑對水泥與外加劑適應性影響結果及分析

為了研究兩種助磨劑對水泥與萘系高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑適應性的影響，采用獅頭水泥熟料，在粉磨時摻入最佳摻量的助磨劑，其比表面積均控制在(350±10)m2/kg，進行水泥與萘系減水劑和氨基系減水劑適應性的影響研究，為了排除緩凝劑摻量對適應性的影響，研究了葡萄糖酸鈉在不同摻量下，兩種復合保坍助磨劑對水泥與萘系高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑適應性的影響。其試驗結果如表5所示。

表5 復合保坍助磨劑對水泥與外加劑適應性影響

由表5可以看出，萘系高效減水劑隨著葡萄糖酸鈉摻量的增大，所有水泥都呈現為水泥凈漿流動度先增加后降低，但粉磨時加入復合助磨劑，較明顯的改善了水泥與萘系減水劑的適應性；粉磨時加入復合助磨劑的水泥與空白水泥相比較，當萘系減水劑與緩凝劑在合適摻量下，水泥凈漿流動度均有不同程度的增大，而且保坍效果隨著時間的延長表現更加明顯。對氨基系減水劑來說，粉磨時加入復合助磨劑的水泥與空白水泥凈漿流動的變化規律與萘系減水劑基本一致，但其增幅較小。

3.4 水泥復合保坍助磨劑的配方和性能檢驗

通過大量研究確定了兩組分和三組分助磨劑的最佳比例，從其對水泥物理性能的影響、助磨增強效果以及水泥與外加劑適應性的結果分析來看，傳統助磨劑是不能達到的。為了便于參考使用，兩種復合保坍助磨劑的每噸配方如表6所示。

表6 復合保坍助磨劑的配方

根據表6的配方和摻量，按照GB/T 26748-2011水泥助磨劑標準進行性能檢驗，其中1號配方比表面積增大35 m2/kg，2號配方比表面積增大32 m2/kg，其他性能均符合GB/T 26748-2011水泥助磨劑的標準要求，而且有效改善了水泥與外加劑的適應性，其改善機理在文獻[1][2][4]中有較詳細研究。

4 結論與建議

1)磷酸鹽A和磷酸鹽B溶液的最佳比例為1∶1；二組分溶液與有機物Y溶液以9∶1的比例復合配制的三組分復合保坍助磨劑性能最佳。在合適的摻量下，其助磨效果、增強效果均有較大的提高，尤其是改善了水泥與外加劑的適應性。

2)二組分和三組分復合保坍助磨劑對萘系高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑的適應性均有較好的改善作用，其中對萘系減水劑的改善作用更加明顯，該研究成果可以從根本上解決或改善水泥與外加劑的相容性。在實際使用過程中，摻量和種類要經過試驗確定。

3)水泥與外加劑適應性差，嚴重影響了混凝土的工作性，該研究對商品混凝土的良性發展提供了技術保障。建議下一步針對新型高性能減水劑進行系統的研究。

[1] 李憲軍.提高水泥與外加劑適應性的保坍助磨劑的研究[D].西安：西安建筑科技大學碩士學位論文，2008.

[2] 張 偉,李憲軍,何廷樹.單組分助磨劑對水泥性能的影響[J].水泥,2009(9)：8-11.

[3] 蘭明章，王建成，崔素萍,等.助磨劑組分與水泥超塑化劑適應性的初步探討[J].水泥技術,2006(3):30-32.

[4] 李憲軍.助磨劑對高效減水劑在水泥顆粒表面吸附量的影響[J].混凝土,2010(6)：71-73.

[5] Kantro D L.Influence of Water Reducing Admixtures on Properties of Cement Pastes-A Miniateure Slump Test[J].Cem.Concr.Aggegates,1980(2):36-39.

Study on cement composite slump grinding aids

LI Xian-jun

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001，China)

Grinding effects and the effect on physical properties of cement of two component and three component composite slump grinding aids were studied. The influence of composite slump grinding aids on the compatibility of cement and additive was mainly studied. Draw some valuable conclusions, the research provides technical support on concrete especially the benign development of commercial concrete.

grinding aids, composite, superimposed effect, cement property, compatibility

1009-6825(2014)22-0108-03

2014-05-25

李憲軍(1975- )，男，碩士，工程師

TU525

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