幸余彬，賀任，鐘康，張慶

聚羧酸減水劑替代醇胺對(duì)助磨劑性能影響的研究

幸余彬，賀任，鐘康，張慶

（湖南中巖建材科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著原材料價(jià)格的上漲，助磨劑市場(chǎng)所面臨的挑戰(zhàn)越來(lái)越大，一方面是企業(yè)面臨成本的上升導(dǎo)致利潤(rùn)減少，另一方面是水泥混合材摻量越來(lái)越復(fù)雜且質(zhì)量越來(lái)越差導(dǎo)致水泥強(qiáng)度降低，助磨劑的降本提效是必須面對(duì)的難題。通過(guò)聚羧酸減水劑（PCE）在3%、6%、9%、12%的摻量下進(jìn)行等量替換助磨劑中的醇胺，結(jié)果表明，醇胺在6%的聚羧酸減水劑替換下，助磨劑早期提強(qiáng)效果最佳，且隨著齡期的延長(zhǎng)，28天強(qiáng)度沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。

水泥助磨劑；聚羧酸減水劑；醇胺

隨著水泥工藝的發(fā)展，在水泥制造過(guò)程中，越來(lái)越多的摻合料被人們所使用，用以替代熟料，如煤渣、爐渣、石膏、石灰石等，摻合料的加入能降低水泥的生產(chǎn)成本，提高資源的綜合利用，符合我國(guó)資源回收、循環(huán)利用這一政策方針[1-2]。

摻合料對(duì)熟料的替代，導(dǎo)致水泥強(qiáng)度有一定程度的下降，水泥研磨過(guò)程中加入助磨劑，提高水泥粉末效率[3]，在降低熟料的比例與能耗同時(shí)[4]，不影響水泥強(qiáng)度[5-8]，從而達(dá)到提高水泥的研磨效率與水泥的強(qiáng)度的目的。目前市面上常見的助磨劑以醇胺和無(wú)機(jī)鹽搭配為主，既能改善水泥級(jí)配，又能促進(jìn)水泥水化[9]。醇胺為三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇單異丙醇胺，隨著國(guó)家對(duì)水泥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，醇胺類的添加量也不斷提高，除了成本上升，價(jià)格昂貴，從現(xiàn)有的研究中發(fā)現(xiàn)，過(guò)量的醇胺和無(wú)機(jī)鹽會(huì)對(duì)水泥助磨劑產(chǎn)生負(fù)面作用，三乙醇胺在低摻量時(shí)能夠促進(jìn)水泥水化，提高水泥早期強(qiáng)度，但摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)抑制水泥水化[10-11]，過(guò)量的無(wú)機(jī)鹽會(huì)導(dǎo)致水泥中氯離子含量過(guò)高，在混凝土上會(huì)導(dǎo)致鋼筋的銹蝕。

聚羧酸減水劑（PCE）作為一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、減水率高、保塌性能好、綠色環(huán)保的減水劑[12-14]，在混凝土行業(yè)中已經(jīng)有了很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。在早期實(shí)驗(yàn)中，采用聚羧酸減水劑在小磨實(shí)驗(yàn)中以0.1%的摻量進(jìn)行滴加，進(jìn)行細(xì)度、比表面積檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，滴加減水劑的樣品相比于空白水泥，篩余降低16%，比表面積增加11%，結(jié)果如表1所示。PCE在水泥中，作為水泥助磨劑使用，不僅能夠降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，更能夠提高水泥的研磨效率[15]。

本文采用PCE按照3%、6%、9%、12%的比例替代本公司助磨劑中復(fù)合醇胺，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在6%的聚羧酸減水劑替換下，助磨劑早期提強(qiáng)效果最佳，且隨著齡期的延長(zhǎng)，28天強(qiáng)度沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)度降低的現(xiàn)象，能夠有效解決助磨劑降本提效這一難題。

表1 PCE減水劑對(duì)水泥性能的影響

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

本研究采用的助磨劑以復(fù)配技術(shù)制得，主要為復(fù)合醇胺，質(zhì)量分?jǐn)?shù)87.5%，福州特威化工有限公司；PCE，HL-900，質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，湖南中巖建材科技有限公司；多元醇混合物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)49.5%，南京長(zhǎng)江江宇油脂有限公司；輔料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)63.1%，安徽星宇化工有限公司；氯化鈉，工業(yè)級(jí)，長(zhǎng)沙明瑞化工有限公司。

小磨實(shí)驗(yàn)的熟料來(lái)自于坪塘水泥，其成分組成見表2，粉磨原料及配方見表3；砂子，標(biāo)準(zhǔn)砂，廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司。

表2 坪塘水泥熟料成分

表3 粉末原料及配比

熟料與石灰石通過(guò)鄂氏破碎機(jī)進(jìn)行破碎，使其粒徑小于8 mm，粉末原料按照表3配比配至5 kg，倒入小磨機(jī)中進(jìn)行磨粉30 min后得到空白水泥。

1.2 主要儀器設(shè)備

SF-150型水泥負(fù)壓篩析儀、SBT-127型數(shù)顯勃氏透氣比表面積儀、JJ-5水泥膠砂攪拌機(jī)、HBY-40A型水泥混凝土恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱、TYE-300型壓力試驗(yàn)機(jī)、DKZ-5000型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)，均為無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

2 性能檢測(cè)方法

2.1 水泥膠砂成型

依據(jù)國(guó)標(biāo)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671—2020）進(jìn)行水泥膠砂實(shí)驗(yàn)，膠砂實(shí)驗(yàn)材料比例見表4，在試塊震動(dòng)完成至于水平工作臺(tái)將多余水泥刮除時(shí)，需特別注意采用金屬直尺與水泥試塊形成近似90°角，在橫向快速進(jìn)行切割沿著水泥試塊方向緩慢移動(dòng)，將超出試模的水泥刮除后，沿反方向進(jìn)行抹平，防止產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力影響水泥試塊的抗壓強(qiáng)度，用抹布清理干凈模外水泥，并做好標(biāo)記。

表4 水泥膠砂實(shí)驗(yàn)中使用的材料及比例

試塊養(yǎng)護(hù)：實(shí)驗(yàn)完成后水平端放置于HBY-40A型水泥混凝土恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中，保證養(yǎng)護(hù)箱溫度20±1 ℃，濕度≥90%，養(yǎng)護(hù)水箱添加水為蒸餾水，在養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)1天后，移至養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)到指定齡期（3、7、28天），養(yǎng)護(hù)室水溫20±1 ℃，試塊豎直放置，在養(yǎng)護(hù)期間，保證水面淹過(guò)試塊，兩組試塊間距離不小于6 mm，同一水箱中只養(yǎng)護(hù)相同種類試塊。

2.2 抗折抗壓試驗(yàn)

檢測(cè)方法依據(jù)水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB175—1999，對(duì)比PCE替換復(fù)合醇胺后對(duì)水泥抗折抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比滴加助磨劑水泥與空白水泥不同齡期強(qiáng)度，分析PCE在不同摻量下替換復(fù)合醇胺對(duì)助磨劑在水泥提強(qiáng)效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 PCE摻量對(duì)助磨劑提強(qiáng)效果的影響

通過(guò)圖1可知，PCE在助磨劑中替換復(fù)合醇胺，隨著PCE摻量的上升，助磨劑提強(qiáng)效果與PCE摻量沒(méi)有表現(xiàn)出線性關(guān)系，PCE替換復(fù)合醇胺的摻量在0～12%范圍中存在一個(gè)極值，其他助磨劑原材料不變時(shí)，6%的摻量下助磨劑提強(qiáng)性能最好。

3 結(jié)論與展望

1）在小磨實(shí)驗(yàn)中直接滴加PCE能夠降低水泥細(xì)度篩余，提高水泥的表面積。

2）助磨劑中添加PCE既能降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，又能提高水泥的強(qiáng)度，6%的PCE替代復(fù)合醇胺效果最好，3天強(qiáng)度提升3.7 MPa，7天強(qiáng)度提升2.8 MPa，28天強(qiáng)度提升1.8 MPa。PCE優(yōu)于原始助磨劑且成本更低， PCE摻量超過(guò)6%后，提強(qiáng)效果呈下降趨勢(shì)。

3）在水泥大磨實(shí)驗(yàn)中摻入含有PCE的助磨劑，既能從物理性能上提高水泥的粉磨效果，也能從化學(xué)性能上激發(fā)促進(jìn)水泥的水化速率。

4）聚羧酸減水劑以減水率高、合成簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在混凝土中得到廣泛應(yīng)用，隨著對(duì)PCE助磨機(jī)理的進(jìn)一步研究，PCE在助磨劑領(lǐng)域?qū)⒂懈蟮陌l(fā)展空間。

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Study on the Effect of Polycarboxylic Acid Water Reducer Replacing Alcohol Amine on the Performance of Grinding Aid

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（Hunan Zhongyan Building Materials Technology Co., Ltd., Changsha Hunan 410600, China）

With the rise in prices of raw materials, the grinding aid market is facing increasing challenges, on the one hand, companies are facing rising costs leading to reduced profits; on the other hand, the increasing complexity of cement admixtures and poorer quality lead to reduced cement strength. The cost reduction and efficiency improvement of grinding aids is a difficult problem that must be faced. In this paper, the polycarboxylic acid water reducing agent (PCE) was used to replace the alcohol amine in the grinding aid in the same amount at 3%, 6%, 9% and 12%.The results showed that after the alcoholamine in the grinding aid was replaced by 6% polycarboxylic acid water reducer, the effect of early strengthening of the grinding aid was the best. With the prolongation of the age, the strength of the grinding aid did not decrease at 28 d.

Cement grinding aid; Polycarboxylic acid water reducer; Alcohol amine

2021-06-07

幸余彬（1998-），男，湖南省長(zhǎng)沙市人，2020年畢業(yè)于湖南人文科技學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)，研究方向：助磨劑研發(fā)與利用。

賀任（1996-），男，碩士，研究方向：助磨劑研發(fā)與利用。

TU528.042.2

A

1004-0935（2022）01-0028-03