无氯复合助磨剂对复合水泥性能的影响.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流无氯复合助磨剂对复合水泥性能的影响.精品文档.无氯复合助磨剂对复合水泥性能的影响张长森，吴其胜（盐城工学院 材料工程学院，江苏 盐城224051）摘要：复配了4种无氯复合水泥助磨剂，研究了它们对复合水泥粉磨的助磨作用及其对水泥标准稠度用水量、凝结时间、胶砂强度等各项性能的影响。结果表明:该系列复合助磨剂提高了水泥比表面积，降低了筛余值，不含Cl-，对水泥的性能无损害，且能提高水泥胶砂强度；当FZ5以水泥质量0.1%掺加到熟料中，水泥3d、28d抗压强度分别提高32.2%和24.5%，使配制的混凝土强度提高了一个等级。关键词：助磨剂；复合水泥；

2、增强型Effect of no-chlorine Grinding Aidson Composite portland cementAbstract: The effect of no-chlorine grinding aids on cement grinding performance is studied in the paper. Furthermore, water requirement of normal consistency, setting time and strength of mortar were tested. The results shows that th

3、e grinding aids increase fineness of fine particles, and play no harm to cement performance, but can enhance mortar strength. When 1% FZ5 (mass ratio) is added to cement, the compressive strength of mortar at 3d and 28d is increased by 32.2% and 24.5%, and prepared concrete strenth is increased a gr

4、ade.Key words: grinding aids；composite portland cement；enhanced strength水泥助磨剂是在水泥粉磨过程中向系统中添加的化学药剂的总称，主要由一些表面活性剂、分散剂、激发剂等组成。在粉磨过程中加入助磨剂能显著降低粉体表面自由能、防止粉体再聚集，从而达到提高粉磨效率的作用，同时具有改善和优化水泥颗粒的分布，提高水泥强度、改善水泥性能等作用。在发达国家98%以上的水泥生产使用助磨剂，近年来，随着美国GRACE等产品进入中国市场，我国助磨剂的使用量迅速扩大，众多学者开展助磨剂研究1-6。但目前在我国使用量还不到水泥总量的30%。我国2

5、008年6月实施的通用硅酸盐水泥国家标准7中明确规定：“水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量应不大于水泥质量的0.5%，助磨剂应符合JC/T667的规定。”这个规定强调了两个方面：一是水泥粉磨时允许加入助磨剂，二是加助磨剂不能以牺牲水泥性能和混凝土耐久性为代价。1 试验原材料和试验方法1.1 原材料1）水泥熟料、粉煤灰、矿渣、石灰石、脱硫石膏等原料取自江苏八菱海螺水泥股份有限公司，水泥熟料的化学成分、率值和矿物组成见表1。石灰石、粉煤灰和矿渣的化学成分见表2。表1 水泥熟料化学成分、率值及矿物组成 %化学成分LossSiO2A12OFe2O3CaOMgOf-CaO0.421.875.443.31

6、65.211.921.0299.17矿物组成KHSMIMC3SC2SC3AC4AF0.902.501.6453.1922.578.7910.0694.61表2 石灰石、粉煤灰和矿渣的化学成分 %成分LossSiO2A12O3Fe2O3CaOSO3MgO石灰石42.741.140.330.3054.370.2899.16粉煤灰4.7962.4822.042.922.160.021.3695.77矿渣34.1616.541.0836.5410.2498.562）水泥助磨剂：液体，在单组分助磨剂试验的基础上，选出分别含多元醇胺、多元醇、木质素磺酸盐和二种无机盐(硫酸盐、磷酸盐)的五种样品作为助磨剂原

7、料，复合配成如表3所示的4种助磨剂。助磨剂中不含氯离子和碱。表3 FZ系列复合水泥助磨剂编号原料FZ2多元醇胺+木质素磺酸盐FZ3多元醇胺+多元醇+木质素磺酸盐FZ4多元醇胺+木质素磺酸盐+二种无机盐FZ5多元醇胺+多元醇+木质素磺酸盐+二种无机盐1.2 试验仪器SM-500型500500mm标准试验小磨，DBT-127型勃氏透气比表面积仪，AEC-20型水泥强度试验机，SF-150水泥细度负压筛析仪，BT-9300S激光粒度分析仪。1.3 试验方法水泥细度和比表面积测定分别按GB/T13452005和GB/T80742008进行；标准稠度用水量、凝结时间、安定性按GB/T1346-2001测

8、定，水泥胶砂强度按GB/T117671-1999测定；混凝土拌和物性能按GB/T50080-2002测定；混凝土力学性能按GB/T50081-2002测定。化学结合水量的测定：准确称取约1g预先烘干至恒重的水泥试样，置于已灼烧恒重的瓷坩埚中，将盖斜置于坩埚上，放在高温炉内从低温开始逐渐升高温度，在950-1000温度下灼烧15-20min，取出坩埚，置于干燥器中冷却至室温，称重。水泥化学结合水量x按式（1）计算。（1）式中：X为硬化水泥某一龄期化学结合水量(%)，G1干燥硬化水泥灼烧前试样质量(g)，G2为烧后试样质量(g)，L为鲜水泥的烧失量(%)。1.4 水泥的制备首先把熟料、石灰石用颚式

9、破碎机破碎至粒度10mm以下，然后各物料按熟料：粉煤灰：矿渣：石灰石：石膏=45：30：11：9：5（质量比）配比，按每次5kg重量，外掺不同质量比的助磨剂，用500500mm试验用球磨机中粉磨25min制得水泥，测定其各项性能。2 试验结果与分析2.1 助磨效果在水泥中掺入FZ1FZ5助磨剂粉磨后的水泥细度见表3。表3 掺入FZ1FZ5复合助磨剂的水泥细度编号助磨剂种类助磨剂掺量/%80m筛余/%45m筛余/%比表面积/（m2/kg）B02.6413.3382B1FZ20.11.108.7414B2FZ30.11.029.6414B3FZ40.11.149.5410B4FZ50.11.129

10、.6412由表3可知，在相同的粉磨条件下，使用助磨剂后水泥的80m方孔筛筛余和45m方孔筛筛余均比基准样减少，尤其是45m方孔筛筛余降低30%左右，同时比表面积提高30m2/kg左右。复合助磨剂将多种有效助磨成分配合在一起，能满足各种物料在不同条件下的粉磨要求，在粉磨过程中，由于物料颗粒尺寸变小，粉磨环境在不断的变化中，仅用一种助磨剂难以取得最佳效果。复合助磨剂中的表面活性物质，它能铺展、吸附于颗粒表面，颗粒在研磨介质的冲击下会产生裂纹，在裂纹扩展的过程中，吸附于其表面的助磨剂可通过表面张力向裂纹内渗透，进入新生裂纹内部的助磨剂分子引起了劈契的作用，使裂纹逐渐扩展，直到最后颗粒裂为几个更小的颗

11、粒。另一方面助磨剂的加入降低颗粒的表面能，即减小颗粒间粘附力和有效的阻制了颗粒间的团聚，使颗粒易于滑动，增大了物料间的流动性；另外，复合助磨剂中的无机盐能迅速提供外来电子或分子，并在物料颗粒表面形成包裹薄膜，使表面达到饱和状态，防止颗粒再度聚结，从而抑制粉碎逆过程的进行8；改善了磨内工作状况，最终有效地提高粉磨效率。2.2 对水泥性能的影响对试样B0B4水泥进行标准稠度用水量、凝结时间、安定性和强度等性能进行了测定，结果见表4。表4 掺不同助磨剂水泥性能编号凝结时间/min稠度/%安定性抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28dB023029527.6合格2.57.111.8

12、29.4B124030228.4合格2.87.313.431.5B224730628.2合格3.07.513.832.7B323229228.2合格3.48.314.434.8B422428228.0合格3.88.315.636.6由表4可知，使用助磨剂后水泥的安定性均合格，标准稠度用水量都有所增加，这可能是由于助磨剂中含有多元醇胺的物质引起，标准稠度用水量最大为28.4%左右，仍在合理范围内，但是对施工不利，这个方面有待改进。几种助磨剂对水泥的初、终凝时间有一定影响，不含有无机盐的助磨剂使水泥的凝结时间有所延长，含无机盐的助磨剂使凝结时间有所缩短；但使用几种助磨剂后水泥的初、终凝时间都满足通

13、用硅酸盐水泥标准规定的要求。由表4可知，所有助磨剂对水泥胶砂强度都有增强作用，其中助磨剂FZ5对强度的作用效果最大，3d、28d抗压强度分别比空白样高出3.8 MPa和7.2 MPa，这因为在FZ5中的无机盐能激发粉煤灰和矿渣中的活性氧化硅和活性氧化铝，使其与水泥水化产物Ca(OH)2发生反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅促进水泥在水化初期生成较多易凝高强水化产物，而且有利于水泥后期强度的发展，同时助磨物质能降低系统的表面能，有利于增加水泥熟料等固体物料在水中润湿性和分散性，使得水化点分布均匀,晶形发育完整，水泥石结构致密，从而有效地提高强度。2.3 对水泥水化进程的影响用测定水泥净浆中化学

14、结合水量的方法来评定水化速度的快慢。硬化水泥中的水分为以水化物组成的化学结合水(以OH-或中性分子形式存在，通过化学键或氢键与其它元素连接)和存在于孔隙中的非化学结合水两大类。在一定温度湿度条件下，化学结合水量随水化物增多而增多，即水化速度提高而增多。取B0、B2和B4三种水泥试样测定其1d、3d、7d、14d和28d龄期的化学结合水，其结果见图1。图1 水泥浆体的结合水量从图1可看出，各龄期结合水量：B4的最大、B2的次之、B0的最小，且掺助磨剂水泥各龄期的结合水量均大于空白样。说明掺加助磨剂后使水泥的水化速度加快，生成了更多的水化产物，也就是说掺加助磨剂后水泥试样的水化程度较不掺助磨剂水泥

15、的水化程度高。这也验证了水泥强度试验结果，掺加FZ5助磨剂水泥强度高于掺加FZ3助磨剂的，空白水泥试样的强度最低的规律。在复合助磨剂FZ5中含有硫酸盐，水泥拌水后水泥浆体中含有无机盐释放出的K+、Al3+、SO42-等离子，这些离子吸附在粉煤灰颗粒表面，增加了浆体中晶核的数量，使粉煤灰容易与浆体中的Ca(OH)2反应，这样就加速了粉煤灰的火山灰反应9，浆体中Ca(OH)2的消耗，又促进硅酸钙的水化，使水化产物增多，在无机盐的激发下促进了水化硅酸钙的形成，因而提高水泥石的密实度，提高了水泥的强度。2.4 FZ5助磨剂不同掺量对水泥性能的影响将FZ5助磨剂以不同掺量掺入到水泥中，进行水泥性能试验，

16、以确定最佳掺量，其试验结果见表5。表5 FZ5助磨剂不同掺量对水泥性能的影响编号掺量/%比表面积m2/kg凝结时间/min标准稠度用水量/%安定性胶砂抗折强度/MPa胶砂抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28dC10.0639222629027.8合格3.27.813.633.2C20.0840022528428.0合格3.48.014.234.4C30.1041222428228.0合格3.88.315.636.6C40.1241221027228.0合格3.88.416.036.8由表5可知，FZ5助磨剂掺量在0.06%0.12%范围内，对水泥标准稠度用水量和水泥的初、终凝时间影响不大

17、，均在满足通用硅酸盐水泥标准规定要求，安定性均合格，水泥强度随助磨剂掺量的增加而增大，但当掺量达0.10%后，强度的增加幅度明显减少，考虑其综合经济效率，该水泥助磨剂的最佳掺量为0.10%。2.5 对混凝土性能的影响以复合水泥配制的C30混凝土，其配合比试验结果见表6。表6 助磨剂对混凝土性能的影响编号水泥种类配合比/kgm3塌落度/mm抗压强度/MPa水泥砂子石子水7d28dF0未掺助磨剂578540114718524310.331.8F1掺FZ5助磨剂0.1%578540114718523517.642.4从表6可以看出助磨剂对混凝土强度的影响趋势与对水泥强度的影响一致，掺FZ5助磨剂水泥

18、配制的混凝土3d和28d抗压强度分别比不掺助磨剂的提高了70.9%及33.3%。这主要由于复合助磨剂FZ5同时具有助磨和增强的作用，强化了水泥的粉磨过程，使得细颗粒增多，促进了水泥的水化，提高了水泥的水化、硬化速度，同时有效地激发了混合水泥中粉煤灰和矿渣的活性，使强度有明显提高，在相同的条件下，使混凝土强度整整提高了一个等级。4 结论（1）在相同粉磨条件下，无氯复合型助磨剂，可提高水泥的细度和比表面积，45m方孔筛筛余降低30%左右，比表面积提高30m2/kg左右。（2）无氯复合型助磨剂对混合水泥凝结时间、安定性、水泥标准稠度等性能无不良影响。（3）无氯复合型助磨剂的使用可明显提高混合水泥的强

19、度，当FZ5助磨剂以水泥质量0.1%掺入到水泥中，水泥3d、28d抗压强度分别提高32.2%和24.5%，配制的混凝土强度提高一个等级。（4）无氯复合型助磨剂中无机盐部分取代了多元醇胺等化工原料，可以节约助磨剂的成本，并且可以产生很好的助磨和增强效果，具有效好的经济效益。参考文献1 江朝华，蔡安兰，严生等.高性能水泥助磨剂的研究J.硅酸盐学报，2001，29(6): 507512.2 张根银，陶珍东.复合助磨剂改善水泥性能的研究J.建材技术与应用， 2001,(3): 36.3姬文勇.提产增强型助磨剂的应用效果J.新世纪水泥导报，2007，（5）：46.4张永娟、张雄.矿渣助磨剂的试验研究J.

20、水泥，2003，(4)：912.5路向前、曲祖元.新型助磨剂的实验研究J.国外建材科技，2004，25(l):3941.6孙伟,罗春华,胡岳华,等.不同助磨剂对铝土矿磨矿中-16m粒级含量的影响J.矿冶工程,2007,27(5):2226.7 GB175-2007，通用硅酸盐水泥.8 杨瑞海,陆文雄,余淑华，等.高效矿渣复合助磨剂的试验研究J.水泥技术，2008，（2）：75-78.9 P Yan，W Yang，X Qin，Y YouMicrostructure and properties of binder of fly ash-fluorgypsum-Portland cementJCem Concr Res，1999，29 (1)：349354作者：张长森，1957年出生，男，教授联系电话：13770038956Email:zcs通讯地址：江苏省盐城迎宾大道9号，盐城工学院材料工程学院邮编：224003