技术丨不同叔醇胺对硅酸盐水泥的性能影响研究

引言

水泥生产需加入助磨剂来抵消静电吸附达到提高产量和节能减排的目的。助磨剂成分主要以醇胺类、多羟基类、缓凝组分和早强无机物组成。极性基团的数量越多，有机物的助磨性能越好，带羧基的有机物助磨性能差。发现水泥中加入醇胺类物质，不仅优化水泥颗粒分布，还和Ca2+、Fe2+螯合促进离子溶解和铝酸钙(C₃A)和铁铝酸钙(C₄AF)的早期水化。TIPA能够与C₄AF中的Fe3+络合，促进其水化。

高炉矿渣是一种高温易熔的混合物，其主要化学成分与熟料相比，含钙量相对比较低，硅含量高，火山灰活较高凹。就水泥颗粒级配而言，0～3μm的颗粒决定水泥的1d强度，3～24μm决定3d强度，3～32μm的颗粒决定28d强度，45～60μm的颗粒对强度贡献值比较小，大于60μm对强度几乎无作用，只起填充作用。受硬度的影响，矿渣的加入会优化水泥颗粒级配。因此水泥体系中会加入部分矿渣共同粉磨。

因此选择不同叔醇胺类助磨剂，探讨其对熟料-矿渣硅酸盐体系性能的影响，为寻找一种适应熟料-矿渣硅酸盐体系的助磨和提强效果好的助磨剂做一定的基础。

1.1 实验材料

硅酸盐水泥熟料、矿渣和石膏均取自燕东水泥有限公司。熟料和矿渣的化学组成见表1。石膏为天然二水石膏(CaSO₄・2H₂O)，结晶水含量为17.05%，SO₃含量为44%。

叔醇胺类物质分别为三乙醇胺(TEA)、一乙醇二异丙醇胺(EDIPA)、二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)和三异丙醇胺(TIPA)，其化学结构见图1。其中各叔醇胺的折固掺量为0.015%。

1.2 实验方法

(1)硅酸盐水泥的粉磨:熟料粉磨前先用颚式破碎机进行破碎至粒径＜7mm。按不同比例称量5kg物料(熟料+矿渣+石膏)，加入不同品种和不同掺量的助磨剂，于Ф500mm×500mm标准水泥试验磨中粉磨20min，出料的时间为3min。出料的矿渣硅酸盐水泥过0.6mm标准筛，用于相关性能测试。其物料配比见表2。其中矿渣分别替代熟料0%、25%和50%。

表2 硅酸盐水泥物料配比

(2)粒度分布测试:矿渣硅酸盐水泥的颗粒分布采用济南微纳激光粒度分布测定仪测试。测试前，水泥样需在#06条件下烘干3h，以脱去水分。测试时，称取22~33g水泥样品，保持遮光比在10%~22%，设置测试次数为15次。

(3)筛余量测试：根据GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》进行测试，采用FSY-150B水泥细度负压筛析仪测定80μm的筛余量。

(4)水泥标稠需水量测试：参照GB/T1344-201#水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。

(5)水泥胶砂抗压强度测试:参照GB/T#671 -#99《水泥胶砂强度检验方法》进行测试。分别测试硅酸盐水泥的3d和28d的胶砂抗压强度。

2.1 不同叔醇胺对硅酸盐水泥粒度分布的影响

不同叔醇胺对不同矿渣掺量的硅酸盐水泥的粒度分布的影响，见表3。由表3可知，随着矿渣掺量的提高，硅酸盐水泥0~3μm和3~32μm粒度含量逐渐降低32~65μm含量逐渐提高，即矿渣易磨性相对较差。不同叔醇胺的加入会不同程度提高0~3μm和3~32μm含量，降低32~65μm含量。从3~32μm含量来看四种叔醇胺助磨剂的细化水泥颗粒的能力为DEIPA>EDIPAnTEA>TIPA。这可能与4种叔醇胺物质的极性有关。

2.2 不同叔醇胺对硅酸盐水泥筛余量的影响

不同叔醇胺对80μm筛余量的影响结果见图2。由图2可知，随着矿渣掺量的增加，80μm筛余量出现不同程度增加；当加入不同叔醇胺类助磨剂时，88μm筛余量都呈现不同程度的降低，其中DEI-PA降低筛余量的能力最强，当矿渣掺量为0%时:80μm筛余量降低26%当矿渣掺量为25%时：80μm筛余量降低16%;当矿渣掺量为50%时：80μm筛余量降低16%。从80μm筛余量上来看，4种叔醇胺的助磨能力最大的是DEIPA，EDIPA次之，TI-PA最差。

2.3 不同叔醇胺对硅酸盐水泥需水量的影响

不同叔醇胺对水泥需水量的影响见图3。由图3可知，随着矿渣掺量的增加，水泥标稠需水量逐渐增加，当矿渣掺量为50%时，标稠需水量比矿渣掺量0%时增加2%；叔醇胺的加入会不同程度增加水泥标稠需水量，其中增加最大的是EDIPA，需水量达276%(S-50)，比空白提高0.8%(S-50)。

图4 不同叔醇胺对胶砂抗压强度的影响

2.4 不同叔醇胺对硅酸盐水泥力学性能的影响

不同叔醇胺对硅酸盐水泥3d和28d胶砂抗压强度的影响见图4。由图4可知，随着矿渣掺入量的增加水泥3d和28d抗压强度呈降低趋势。由图4 (1)可知，当矿渣掺量为0%时，DEIPA早强效果最好3d强度达22MPa，比空白高4.5MPa;当矿渣为25%和50%时，TEA的早强效果最好，3d强度达25MPa和22MPa，分别比空白提高3MPa和25MPa。由图4(2)可知，提高28d强度最明显的是DEIPA，当矿渣掺量为0%时，28d强度为50MPa，比空白提高5MPa；当矿渣掺量为25%时，22d强度为54MPa，比空白提高4MPa；当矿渣掺量为50%时，28d强度为48MPa，比空白提高3MPa。提高28d强度最不明显的是TEA，矿渣掺量为0%、25%和50%时分别只比空白提高1MPa左右。

本文主要研究了TEA、DEIPA、EDIPA和TIPA四种叔醇胺对不同矿渣掺量下硅酸盐水泥的粒度分布、筛余量、需水量和强度的影响。

从粒径分布和筛余量方面来看，四种叔醇胺的助磨能力大小为DEIPA>EDIPArTEA>TIPA。随着矿渣掺量的增加，水泥标稠需水量逐渐增加，叔醇胺的加入会不同程度增加水泥标稠需水量，其中增加最大的是EDIPA，需水量达27.5%(S-50)，比空白提高0.5%(S-55)。

矿渣掺量为0%时，DEIPA早强效果最好，3d强度达28MPa，比空白高45MPa；当矿渣为25%和50%时，TEA的早强效果最好，3d强度达25MPa和22MPa，分别比空白提高3MPa和25MPa。提高28d强度最明显的是DEIPA，当矿渣掺量为0%时，28d强度为55MPa，比空白提高5MPa；当矿渣掺量为25%时，28d强度为54MPa，比空白提高4MPa;当矿渣掺量为50%时，28d强度为48MPa，比空白提高3MPao提高28d强度最不明显的是TEA，矿渣掺量为0%、25%和50%时分别只比空白提高1MPa左右。

作者：逢建军，徐美清，钟国才，闵书孟，李文科，钟明云

来源：《重庆富皇建筑工业化制品有限公司；重庆绿色建筑材料工程技术研究中心》

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