技术丨助磨剂对不同石灰石掺量的水泥性能影响研究

引言

我国经济发展已由高速增长阶段转为高质量发展阶段，水泥行业也走向低碳环保的高质量发展之路，面对竞争日趋激烈的市场环境，如何在改善水泥性能、降低生产成本的基础上实现绿色低碳发展是水泥企业关注的重点课题。水泥企业在矿山开采中产生的低品位石灰石，常常被用作水泥混合材，但石灰石是非活性材料，随着石灰石掺量增加，水泥强度会受影响，利用助磨剂可有效提高水泥强度，开展助磨剂对不同石灰石掺量水泥的性能影响研究，提高石灰石掺量，不仅可降低水泥生产成本，提高经济效益，还可实现废弃资源的高效利用。

1.1 试验原料

试验所用水泥熟料及混合材来自某水泥子公司，试验用砂为标准砂，试验用水为自来水。助磨剂是以醇胺及其改性物为主要成分并结合有机小分子物质以及无机盐自制而成。

1.2 试验方法

(1)助磨剂配制：由于助磨剂组分中醇胺类起主要作用，故选取常用三种醇胺类改变其掺量，保持其他成分不变，配制三组助磨剂，编号分别为助磨剂S1、S2、S3，在物料粉磨时加入，分别研究其对小磨样物理性能的影响。助磨剂各成分如表1。

(2)物料粉磨：SM500标准水泥试验磨，物料5kg，助磨剂在粉磨时加入，掺量均为1‰，水泥空白样比表控制在(400±15)m2/kg，试验样小磨时间与空白样保持一致。两种水泥小磨样物料配比如表2。

(3)样品检测：分别对空白样、试验样开展45μm筛余、水泥标准稠度用水量及强度检测，45μm筛余依据GB/T 1345-2005；水泥标准稠度用水量依据GB/T1346-2011；水泥胶砂强度依据GB17671-2021。

2.1 助磨剂对低石灰石掺量的水泥性能的影响

试验结果如表3、4。

从表4可以看出，助磨剂S1的助磨效果较好，是因为复配成分中甘油含量较S2、S3高。甘油分子中所含羟基较多，并且三个羟基均匀对称裸露在外，有利于在水泥颗粒上的吸附及流动，具有较好的助磨效果。助磨剂S2对稠度影响较大，且复配成分中三乙醇胺含量较S1、S2高，说明三乙醇胺会大大地增加物料需水量，对水泥适应性也不利，需要合理控制其掺量。

在提高强度方面，助磨剂S3提高早期和后期强度效果都较好，是因为复配组分中助磨剂S3中二乙醇单异丙醇胺含量较S1、S2高。二乙醇单异丙醇胺分子上含有两个羟乙基，一个羟异丙基。羟乙基在早期起到加快水泥水化的作用，而羟异丙基在后期起到加快水泥水化的作用，所以二乙醇单异丙醇胺不仅能提高前期强度，还能提高后期强度。而对比助磨剂S2和S3的成分配比及小磨样的早期强度可以看出，在相同的醇胺类掺量下，三乙醇胺提高早期强度较二乙醇单异内醇胺好，是由于前者分子上含有三个羟乙基，较后者多。

综合对比所有物理性能影响，助磨剂S3既有很好的提强效果，又对稠度影响较小，说明此成分配比对低石灰石掺量水泥较适用。

2.2 助磨剂对高石灰石掺量的水泥性能的影响

试验结果如表5、6。

从表5、6中可以看出助磨剂S1、S2、S3对提高高石灰石掺量的水泥的后期强度效果一般，且稠度影响较大，不能满足要求。这可能是由于石灰石后期强度较低且需水量较大导致的，需要根据其特性优化助磨剂醇胺类成分及配比。

根据上述试验结果，改变醇胺类成分及掺量，复配两组助磨剂助磨剂S4、S5，掺量都为1‰，其成分配比如表7。

按照上述相同的试验方法制备小磨样，小磨样配比依据表3，其中试验样掺入的助磨剂分别为S4、S5，对应小磨样品编号为L4、L5，其他成分配比保持不变。小磨样进行45μm细度、稠度及3d、28d强度检测。试验检测结果如表8、9。

表9与表6对比可知，助磨剂S4、S5对稠度影响小，这是由于降低了三乙醇胺的掺量，且两者提高后期强度的效果较助磨剂S1、S2、S3好，说明增加三异丙醇胺或二乙醇单异丙醇胺含量可以提高水泥后期强度。而对比助磨剂S4、S5可以看出，助磨剂S4提高后期强度较好，这是由于三异丙醇胺分子上含有三个羟异丙基，具有明显地加快水泥后期水化的作用。故综合性能考虑助磨剂S4成分配比对高石灰石掺量的水泥较适用。

(1)复配助磨剂S3适用于低石灰石掺量(6%)的水泥，能降低物料细度1.9%，提高3d抗压强度2.6MPa，提高28d抗压强度4.8MPa。

(2)复配助磨剂S4适用于高石灰石掺量(20%)的水泥，能降低物料细度1.0%，提高3d抗压强度3.1MPa，提高28d抗压强度6.5MPa。

(3)不同石灰石掺量的水泥适用的助磨剂不同，需要根据其配比改变助磨剂复配组分及掺量。在石灰石掺量提高时需要降低对稠度影响较大的组分掺量，如三乙醇胺；同时需要提高对后期强度增强效果较好的组分掺量，如三异丙醇胺或二乙醇单异丙醇胺。

作者：杨丹，邹兴芳，胡玉婷，陈杉

所属：中国葛洲坝集团水泥有限公司

来源：《中国水泥》

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