水泥助磨剂增强效果的研究

  贵州醇胺水泥助磨剂有限责任公司是一家专门干助磨剂与原料研发、生产、营销、服务的科技型企业。公司注册投资的金额2000万，有3条自动化生产线，年产液体助磨剂于原料高达10万吨。公司以雄厚的研发实力为基础，以一流的技术服务为依靠，以过硬的产品质量为保证，为水泥企业赢得了良好的经济效益，并快速地发展壮大。

  新品推荐:附加性功能醇基水泥助磨剂原料（已过实验阶段现正式出售）早凝、缓凝、前强、后强、大掺量石灰石、矿渣、低碱、降低蓄水量等功能性醇基水泥助磨剂原料。公司有70多种水泥助磨剂配方，客户独享47副水泥助磨剂配方。有偿介绍

  “一厂一设计”是针对每一个客户的熟料混合材、粉磨工艺、生产需求来做“量身定制水泥助磨剂配方”，去除“批量”。

  试验选用3种常用的助磨剂A（丙三醇）、B（二甘醇）、D（磷酸钙），从水泥1 d、3 d、28 d胶砂强度指标评价其不同龄期内的物理增强作用和化学增强作用，通过化学结合水、水化热等方法分析其增强原因。

  水泥助磨剂一般为表面活性较高的化学物质，对水泥水化过程有着强烈的影响，有些可以在一定程度上促进水泥矿物的水化，激发混合材的潜在活性，提高混凝土或砂浆早期或后期强度，改善凝结时间等。水泥助磨剂的使用，一方面改变了颗粒的级配，另一方面促进了不同龄期的水泥矿物的水化。但目前对于助磨剂的增强作用有不同的解释，不同的助磨剂对不同水泥品种的作用也是不一样的。本文对3种助磨剂A（丙三醇）、B（二甘醇）、D（磷酸钙）进行了研究，从水泥1 d、3 d、28 d胶砂强度指标评价其不同龄期内的“物理增强作用”和“化学增强作用”。

  （1）水泥为广东塔牌集团股份有限公司生产的低热硅酸盐水泥熟料。熟料的化学成分分析及矿物组成见表1。

  将取得的熟料经颚式破碎机破碎到5 mm，按照熟料∶石 膏=95∶5 的比例配制 5 kg的 试 样，在Φ500 mm×500 mm标准实验室小磨中进行粉磨，粉磨时间以不掺助磨剂的熟料粉磨到勃氏比表面积为（350±10） m2/kg的时间，即为24 min。助磨剂的掺入方式分为“粉磨时掺入”与“成型时掺入”两种。整个实验过程中，保持熟料和石膏的品种不变，钢球、钢段的填充量及级配不变。粉磨后的物料过0.8 mm的方孔筛后用密封袋封装备用。胶砂强度按照GB/T 17671—1999进行测定。

  助磨剂的加入，使水泥各龄期胶砂强度发生了变化，为了研究水泥助磨剂对水泥水化的作用机理，对掺单组分助磨剂A、B、D的水泥和空白样作对比实验，以“粉磨掺助磨剂”和“成型掺助磨剂”水泥的1 d、3 d、28 d胶砂强度来评价助磨剂对水泥的增强作用。通过化学结合水、水化热等测试方法，从水泥矿物水化的角度来分析各龄期增强的原因。

  “成型掺助磨剂”是指在空白样水泥胶砂成型时掺入定量的助磨剂，与空白样水泥各龄期强度作对比，能得出助磨剂的加入对水泥水化的推动作用，本文称为助磨剂的“化学增强作用”。成型掺助磨剂水泥和空白样水泥的胶砂强度测试结果见表2。

  从表2能够准确的看出，与空白样相比，成型掺助磨剂A、B、D水泥样品的1 d、3 d胶砂强度都有所提高，1 d抗住压力的强度分别提高了3.9 MPa、3.7 MPa、3.3 MPa，增幅分别是：36.1%、34.3%、30.6%，抗折强度也分别提高了0.9 MPa、1.3 MPa、1.0 MPa；而3 d抗压强度也分别提高了3.0 MPa、2.8 MPa、2.0 MPa，增幅分别是：11.6%、10.9%、7.8%，3 d抗折强度变化不大；而28 d的抗压强度方面，掺A助磨剂水泥相对空白样提高了2.8 MPa，掺B、D助磨剂水泥变化不大。能够准确的看出3种助磨剂对水泥早期强度（1 d、3 d）增强作用显著，而对28 d增强作用不明显。

  从上述能够准确的看出，成型时掺入助磨剂，使得水泥各龄期的强度发生了变化。这说明助磨剂分子本身对水泥有增强作用，这种增强作用是在不改变水泥颗粒分布的情况下，助磨剂分子本身对于水泥矿物水化的推动作用，本论文称为助磨剂的“化学增强作用”。成型时掺助磨剂1 d抗住压力的强度增幅在30%以上，使水泥3 d抗住压力的强度提高了2~3 MPa，而28 d强度变化不大。能够准确的看出3种助磨剂对水泥早期（1 d、3 d）“化学增强作用”明显，而28 d“化学增强作用”不显著。

  “粉磨掺助磨剂”是指在水泥粉磨时加入助磨剂，与空白样和“成型掺助磨剂”水泥各龄期强度作对比，粉磨掺助磨剂水泥和空白样水泥的胶砂强度测试结果见表3。

  从表3中能够准确的看出，与空白样相比，粉磨掺单组分助磨剂（A、B、D）水泥的1 d、3 d胶砂强度都有所提高。同时“粉磨掺助磨剂”和“成型掺助磨剂”水泥强度也不一样，这说明了水泥强度的改变存在两方面的原因，一方面由于粉磨时加入助磨使得水泥颗粒分布发生了变化，影响到水泥各龄期的胶砂强度，本论文称为助磨剂的“物理增强作用”；另一方面则是助磨剂分子本身的“化学增强作用”，因此，“粉磨掺助磨剂”的增强作用是助磨剂的“化学增强作用”和“物理增强作用”的综合作用。

  与空白样相比，粉磨掺助磨剂A、B、D的水泥1 d、3 d、28 d胶砂强度都有所提高，1 d抗住压力的强度分别提高了1.2 MPa、3.4 MPa、3.1 MPa，增幅分别是：11.1%、31.5%、28.7%，能够准确的看出粉磨掺3种单组分助磨剂水泥的1 d抗住压力的强度增幅小于成型掺助磨剂水泥，这说明了3种单组分助磨剂的化学增强作用对1 d强度起最大的作用，而助磨剂的物理增强作用对1 d强度贡献为“负”；而3 d抗压强度也分别提高了3.4 MPa、5.1 MPa、3.0 MPa，增幅分别是13.2%、19.8%、11.6%，能够准确的看出，粉磨掺3种单组分助磨剂水泥抗住压力的强度增幅都大于成型掺助磨剂水泥，因此，粉磨掺3种单组分助磨剂的物理增强作用和化学增强作用对3 d强度均有贡献；28 d抗住压力的强度方面，粉磨掺A、B、D水泥抗住压力的强度分别提高了4.6 MPa、1.2 MPa、3.5 MPa，增强作用相对成型掺助磨剂同样有小幅提高，说明粉磨掺助磨剂的物理增强作用和化学增强作用对28 d强度均有贡献。对比成型掺助磨剂和粉磨掺助磨剂的3 d抗压强度增幅，成型掺助磨剂A、B、D为助磨剂的“化学增强作用”与粉磨掺助磨剂的“综合增强作用”的比值分别为87.9%、55.1%、67.2%，比值均大于50%，说明与物理增强作用相比，助磨剂的化学增强作用对水泥早期强度增幅贡献更大，即助磨剂分子本身对水泥早期强度增幅贡献更大。

  从上述能得出，粉磨掺3种单组分助磨剂的化学增强作用对1 d强度起最大的作用，而助磨剂的物理增强作用对1 d强度贡献为“负”，粉磨掺3种单组分助磨剂的物理增强作用和化学增强作用对3 d、28 d强度均有贡献。这是因为粉磨时掺助磨剂，依据薄膜理论，吸附到粉碎物料表面的表面活性剂（助磨剂），将在被磨细的颗粒表明产生单分子吸附薄膜，起着润滑剂的作用，减少了细颗粒间的团聚以及细颗粒与衬板间的黏糊，降低了颗粒间的摩擦力，改善了水泥粉体的流动性，使得水泥颗粒分布也发生了变化，其中0~3 μm的颗粒减少，大于80 μm颗粒也减少，3~32 μm颗粒增多，水泥颗粒变得相对集中，0~3 μm水泥颗粒主要提供1 d水化强度，因此助磨剂的加入使得颗粒的集中带来的物理增强作用对1 d胶砂强度是不利的；3~32 μm颗粒含量的增多有利于水泥3 d和28 d强度的提高，同时在化学增强作用的共同作用下，促进了水泥的总体水化进程。因此，助磨剂的加入使得颗粒的集中带来的物理增强作用对

  为了研究“粉磨掺助磨剂”和“成型掺助磨剂”水泥各龄期增强的原因，实验通过化学结合水、水化热等测试方法，研究助磨剂在不同龄期对水泥水化产物及硬化浆体微观结构的影响，从水泥矿物水化的角度探讨粉磨掺助磨剂和成型掺助磨剂对水泥水化过程的不同增强作用。本实验将选取增强效果较好的单组分助磨剂B作为研究对象。

  实验采用化学结合水法来测定水泥的水化率。水泥浆体中的水分分为可蒸发水和非蒸发水，非蒸发水是指在特定干燥条件下不能被去除的水分。根据Taylor的专著中介绍，采用D干燥（干冰干燥）的办法获得的水泥浆体的留存水量占灼烧基的比例称为非蒸发水，也能够使用105 ℃（去除二氧化碳）下干燥恒重的办法测定含水量，这个值与D干燥值相近，本实验采用这种办法。这时大部分层间水已经失去，只剩下更紧密结合的水（晶格配位水和层间紧密吸附水），它的数量随着水泥水化产物量增加而增大。根据化学结合水量随水化产物的增多而增多，即化学结合水随水化率的提高而增大，则能够最终靠测定水泥的化学结合水量来表示水化率的快慢。表4、表5和图1为水泥空白样、成型掺和粉磨掺助磨剂B的净浆样各龄期化学结合水及水化程度试验结果。

  从表4、表5和图1能够准确的看出，成型掺和粉磨掺入助磨剂B水泥的1 d、3 d水化率相比于空白样都有大幅度提升，说明2种助磨剂掺入方式都促进了水泥早期的矿物水化，对水泥早期强度提高作用明显；而对于28 d的水化率影响不大，与空白样接近；同时对远龄期的2个月和3个月的水化率有小幅提升，且掺助磨剂的水泥完全水化时的化学结合水均高于空白样，这原因是加入助磨剂后水化产物的组成发生了一定的变化。

  成型掺和粉磨掺助磨剂B的1 d水化率相比于空白样分别提高了8.6%、7.1%，成型掺助磨剂B水泥的1 d分助磨剂的化学增强作用对水化率更大，说明生成了更多的水化产物，单组1 d强度起最大的作用，而助磨剂的物理增强作用对1 d强度贡献为“负”。与空白样水泥3 d水化率相比，成型掺和粉磨掺助磨剂B水泥的3 d水化率分别提高了4.78%、9.53%，成型掺助磨剂B的3 d水化率增幅与粉磨掺助磨剂B水化率增幅的比值大于50%，能够准确的看出，与物理增强作用相比，助磨剂的化学增强作用对水泥3 d强度增幅贡献更大。

  水泥的水化产物越多，放出的水化热总量就越大。通过检验测试水泥不同龄期水化反应的水化放热总量来评价水泥在不同龄期水化程度[8]。本实验采用溶解热法测定水泥水化的放热，放热量随着水泥水化程度增大而增大。对水泥空白样、成型掺和粉磨掺助磨剂B水泥样品进行水化热分析，实验数据见表6和图2。

  从表6和图2能够准确的看出，与空白样相比，成型掺或粉磨掺入助磨剂B水泥1 d、3 d、7 d水化热有大幅度提高，而28 d水化热与空白样基本接近，说明助磨剂的加入加速了水泥早期的水化，提高了水泥的早期强度。其中成型掺和粉磨掺助磨剂B的水泥1 d水化热相比于空白样分别提高了43.0 kJ/kg、40.2 kJ/kg，增幅为24.4%、22.9%，成型掺助磨剂B比粉磨掺助磨剂B水泥的1 d水化热增加了1.5%，说明单组分助磨剂的化学增强作用对1 d强度起最大的作用，而物理增强作用为“负”；而3 d水化热分别提高了12 kJ/kg、19.6 kJ/kg，增幅为4.4%、7.2%，成型掺助磨剂B水泥3 d水化热增幅与粉磨掺助磨剂B水泥3 d水化热增幅比值为61.1%，能够准确的看出，助磨剂的化学增强作用对水泥3 d强度增幅贡献更大，与前面水泥水化率得出的结论和变化规律是一致的。

  （1）成型掺A、B、D助磨剂相对空白样1 d抗住压力的强度增幅分别是36.1%、34.3%、30.6%，3 d抗住压力的强度增幅分别11.6%、10.9%、7.8%，28 d强度增幅不明显。粉磨掺A、B、D助磨剂相对空白样1 d抗住压力的强度增幅分别是11.1%、31.5%、28.7%，3 d抗住压力的强度增幅分别13.2%、19.8%、11.6%，28 d抗住压力的强度分别提高4.6 MPa、1.2 MPa、3.5 MPa，增强作用相对成型掺助磨剂有小幅提高。

  （2）成型时掺入3种单组分助磨剂，使得水泥各龄期的强度发生了变化。这说明助磨剂分子本身对水泥有增强作用，这种增强作用是在不改变水泥颗粒分布的情况下，助磨剂分子本身对于水泥矿物水化的推动作用，即助磨剂的“化学增强作用”。“成型掺助磨剂”和“粉磨掺助磨剂”水泥强度不一样，说明水泥强度的改变存在两方面的原因，一种原因是助磨剂分子本身的“化学增强作用”，另一方面由于粉磨时加入助磨剂使得水泥颗粒分布发生了变化，影响到水泥各龄期的胶砂强度，即助磨剂的“物理增强作用”。

  （3）“粉磨掺助磨剂”与“成型掺助磨剂”水泥的1 d、3 d胶砂强度、化学结合水、水化热与空白样相比均有提高，且两种掺入方式增幅有差异。根据结果得出：a）助磨剂组分具有促进水泥早期水化及提高强度的“化学增强作用”。b）粉磨时掺入助磨剂对胶砂强度的影响是其“化学增强作用”与掺入助磨剂粉磨后水泥颗粒分布变化带来的“物理增强作用”共同影响的结果。c）与“物理增强作用”相比，助磨剂的“化学增强作用”对水泥早期强度增幅贡献更大。粉磨掺3种单组分助磨剂的化学增强作用对1 d强度起最大的作用，而助磨剂的物理增强作用对1 d强度贡献为“负”，粉磨掺3种单组分助磨剂的物理增强作用和化学增强作用对3 d、28 d强度均有贡献。返回搜狐，查看更加多