改性醇胺助磨剂的应用研究

2020-11-02曹虎李海燕陈梦龙刘辉鹿星段文易

中国建材科技 2020年1期

曹虎李海燕陈梦龙刘辉鹿星段文易

（山东中岩建材科技有限公司，山东枣庄 277110）

0 前言

水泥助磨剂中最主要的成分是醇胺类物质，是一种常用的表面活性物质，包括单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、三异丙醇胺（TIPA）等，能够起到助磨、提高水泥早期强度的效果。但是醇胺类原材料价格近年来持续上涨，增加了助磨剂的材料成本，且原料来源短缺，同时当掺量到达一定数量时，会对水泥一些性能产生不利的影响。

本文结合当前水泥助磨剂前沿研究，通过对醇胺进行改性合成，开发合成新型改性醇胺作为助磨剂的基体材料，以替代目前常用的TEA和TIPA等。和其他一些物质复配，制备相应的助磨剂产品添加到水泥粉磨系统中，在保证同样助磨效果的同时降低TEA和TIPA的使用量，不仅可以降低TEA和TIPA对水泥性能带来的不利影响，有效提高水泥早期强度，提高其性能稳定性，还可显著降低助磨剂原材料成本[1-6]。

1 原材料

1.1 熟料、粉煤灰、炉渣和石膏

硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、炉渣和石膏均取自枣庄中联水泥有限公司。熟料的化学组成如表1所示。其中石膏为天然二水石膏（CaSO4·2H2O），结晶水17.05%，SO3含量为44%。

表1 水泥熟料的化学组成

1.2 助磨剂种类

所用三乙醇胺（TEA、浓度85%）工业级，福建特威；改性醇胺母液（浓度85%）工业级，山东中岩建材科技有限公司；辅料。

其中改性醇胺母液制备方法是，将氯乙酸钠完全溶解于50-80℃的去离子水中，并且保持恒温。向制得基体中加入氢氧化钠水溶液，使溶液体系的pH值维持在11-12，溶液体系温度控制为60℃，然后加入二已醇胺；氯乙酸钠、去离子水、氢氧化钠和二乙醇胺的摩尔比为1：5：1：1。氢氧化钠水溶液浓度为32%，二乙醇胺和氢氧化钠的加入方式为滴加，滴加时间为1-2h。在50-70℃熟化1-2h，得到改性醇胺母液。

2 改性醇胺类助磨剂的性能评价

2.1 改性醇胺在小磨中助磨效果研究

将改性醇胺母液等量代替TEA，分别将TEA、改性醇胺母液加入采用直径Φ500mm×500mm的实验室小磨进行粉磨。其中水泥物料配比为：熟料65%+粉煤灰18%+炉渣12%+石膏5%，每次粉磨5.0kg，粉磨时间30min，出磨时间5min。分别采用负压筛、水泥比表面积测定仪和激光颗粒分析仪对水泥试样进行分析，结果见表2和表3。

从表2看出，与空白样相比，掺加改性醇胺和TEA的水泥45μm筛余和比表面积均有明显改善，改性醇胺的助磨效果与TEA基本一致，均随着掺量的增加，筛余百分数降低、比表面积增加。但在相同掺量下，改性醇胺对水泥的助磨效果比TEA更佳。

表2 不同助磨剂与掺量对水泥粉磨效果的影响

水泥的颗粒粒径分布对水泥的性能有很大的影响，不同的粒径分布直接影响水泥的化学和力学特性。目前比较认可的观点是：水泥中3-32μm的颗粒对强度起主要作用，小于3μm的应在10%以下。从表3可知：与空白样相比，掺加TEA和改性醇胺后的水泥颗粒级配明显要好。改性醇胺与TEA相比，改性醇胺在改善颗粒级配上比TEA更有优势。如：在掺0.02%改性醇胺的水泥试样中3-32μm颗粒含量高达66.54%，比空白样增加20.56%，比掺TEA的水泥试样增加10.25%，且降低了3μm以下和65μm以上的含量，这表明改性醇胺比TEA更能改善水泥的颗粒级配，从而提高粉磨效率和改善水泥性能。

表3 不同助磨剂与掺量对水泥粒度分布的影响

2.2 改性醇胺对水泥力学性能改善研究

改性醇胺和TEA按不同掺量加入小磨进行粉磨。水泥配比如表4。

进行力学性能试验，结果由表5和表6可知，TEA和改性醇胺对P.C32.5水泥和P·O42.5水泥3d抗压强度提高基本一致，随着改性醇胺的增加，3d抗压强度增加效果更明显。但对比TEA，改性醇胺明显对水泥28d抗压强度提高更明显。

表4 小磨试验水泥配比

表5 不同助磨剂与掺量对P.C 32.5水泥力学性能影响

表6 不同助磨剂与掺量对P·O 42.5水泥力学性能影响

2.3 改性醇胺助磨剂工业应用研究

以改性醇胺等量取代三乙醇胺，配制掺量0.05%的助磨剂，配比见表7。

表7 改性醇胺水泥助磨剂配比

1）P.C 32.5水泥闭路磨应用效果

本次试验采用了具有1700×1000mm型辊压机配4.2×13m型水泥磨机组成的闭路粉磨系统，配有高效选粉分级机和气箱脉冲袋式除尘器。P.C 32.5水泥产量在210吨/h左右，P.C 32.5 水泥物料配比为：熟料53%+粉煤灰25%+炉渣17%+石膏5%。在此粉磨系统上进行了助磨剂试验。初始粉磨不加助磨剂，开磨1h待系统稳定后开始取样，每隔1h取样一次，共取8h未加助磨剂的水泥作为空白样。之后按0.05%掺量加入助磨剂连续生产3h，待磨机系统工况稳定以及出磨水泥的筛余和比表面积稳定后，每隔1h取样一次共取8h加助磨剂的水泥作为对比样。记录全过程的台时变化，然后分别对试样进行常规检验和物理性能检验。

性能试验结果见表8，由改性醇胺为主要成分配制的助磨剂在P.C32.5级水泥配比不变情况下，筛余降低，比表面积稳定提高，增加了台时产量，平均提高29吨，提产达13.8%，在水泥性能方面3d抗压强度提高3.2MPa，28d抗压强度提高4.1MPa。

表8 改性醇胺助磨剂闭路粉磨系统上P.C 32.5水泥性能检验

2）P·O42.5水泥闭路磨应用效果

本次试验采用采用具有1700×1000mm型辊压机配4.2×13m型水泥磨机组成的闭路粉磨系统，配有高效选粉分级机和气箱脉冲袋式除尘器。P·O42.5水泥产量在180吨/h左右，P·O42.5 水泥物料配比为：熟料78%+粉煤灰10%+炉渣7%+石膏5%。在此粉磨系统上进行助磨剂试验。初始粉磨不加助磨剂，开磨1h后开始取样，每隔1h取样一次共取8h未加助磨剂的水泥作为空白样。之后按0.05%掺量加入助磨剂连续生产3h，待磨机系统工况稳定以及出磨水泥的筛余和比表面积稳定后，每隔1h取样一次共取8h加助磨剂的水泥作为对比样。记录全过程的台时变化，然后分别对试样进行常规检验和物理性能检验。

大磨试验结果见表9，由改性醇胺为主要原料复配而成的助磨剂同样在P·O42.5水泥配比不变的情况下，提高了水泥比表面积，降低了筛余，提高了台时产量，平均台时提高34吨/h，提产达18.9%。在水泥性能方面，3d抗压强度提高3.4MPa，28d抗压强度提高4.8MPa。