1)实验用原料。熟料和二水石膏均取自湿法窑水泥厂,其化学组成见表1

2)实验方法。按熟料与石膏的配比为熟料:石膏=96:4配制水泥,配料前熟料和石膏均经颚式破碎机破碎至粒度小于20mm;三乙醇胺采用化学纯试剂,配制成20%、30%、40%浓度溶液备用。

水泥试样的制备:在Φ500mm×500mm标准实验磨中粉磨。以不加助磨剂的空白水泥样为基准,粉磨至比表面积约300m2/kg,记录粉磨用时间。为比较助磨效果,其它样品均采用相同的粉磨时间。

测试方法:水泥细度采用负压筛测定,强度按GB177-85标准检验,比表面积、标准稠度、凝结时间按照相应标准方法测定。

3实验及实验结果讨论

3.1三乙醇胺对水泥细度、比表面积的影响

实验方案及实验结果见表2和图1~2。

由图1、图2可以看出，在相同的粉磨时间下三乙醇胺总掺量为0.03%时,水泥的比表面积随着三乙醇胺的浓度升高而增大,而在三乙醇胺浓度为20%时,水泥的比表面积比空白样还低。水泥的细度随着三乙醇胺的加入迅速山10.7%降低到2%左右,并且随着三乙醇胺浓度不同而没有明显变化。当三乙醇胺加入量为0.05%时,对水泥的细度和比表面积的影响规律与掺量为0.03%时基本相同,但由图2可以看出,在三乙醇胺浓度低于30%时,水泥的比表面积均较空白样低。

由上述图表对比可见,在三乙醇胺掺量为0.03%和0.05%时,在相同的粉磨时间内均能够使水泥细度有较大幅度的下降,且两者的作用效果相差不大,因此单以助磨效果来说,三乙醇胺掺量为0.03%较为合适,掺量增加助磨效果增加不明显。

从上述数据分析还可看出,水泥的细度随着助磨剂的掺入而显著地降低的同

时,水泥的比表面积并没有同时增大,在三乙醇胺浓度小于40%时,水泥的比表面积随着细度的降低反而减小。这个异常现象目前尚未有文献报道。

针对上述分析,可以认为三乙醇胺的助磨作用主要表现为降低水泥熟料的表面能,使之易碎,同时还有减少静电聚集作用,从而减少过粉磨现象,使水泥中的微细颗粒减少,颗粒粒径分布较为集中,使得水泥细度下降的同时,比表面积并不增大。

3.2三乙醇胺对水泥强度、凝结时间的影响

为证实上述判断,对所磨制的水泥进行了强度和其它性能测试。实验结果见表3和图3

山表3可以看出,随着三乙醇胺的掺入,水泥的抗折强度没有显著变化,但水泥的抗压强度发生了较大的改变。从3d抗压强度看,加入助磨剂后,水泥的抗压强度均有不同程度下降,三乙醇胺掺量0.05%,浓度为20%时3d抗压强度与空白样A0相比下降最多,达10.1MPa。结合7d抗压强度和28d抗压强度,可以看出,掺入助磨剂后水泥的后期强度有较快的发展,到28d天时的抗压强度均超过空白样,其抗压强度值比空白样A0高4~10MPa。

山表3可以看出,随着三乙醇胺的掺入,水泥的终凝时间均有不同程度缩短,且随着掺入的浓度和掺入量降低,凝结时间迅速缩短。三乙醇胺以20%浓度掺入0.03%和0.05%时(A1、C1),水泥出现闪凝,而以20%和30%浓度掺入的其它试样(B1、D1)也表现为急凝,当浓度增大到40%时(E1、F1)水泥的凝结时间转为正常。

3.3XRD分析

为了解清楚三乙醇胺引起水泥急凝的原因,对闪凝水泥C1的净浆水化样进行了XRD分析。由C1净浆30分钟水化样XRD图谱分析,发现没有AFt和AFm的特征峰,却找到了C3AH6的衍射峰(d=2.8797,2.6028,2.4435,2.3201,2.0280,1.6245),这说明了石膏并没有参加水化反应。由此三乙醇胺引起水泥急凝的原因可以解释为:三乙醇胺作为助磨剂掺入硅酸盐水泥中,并在粉磨过程中吸附在熟料和石膏的颗粒表面,把颗粒包住。这一吸附过程主要受三乙醇胺的分散程度和颗粒的表面积影响,三乙醇胺浓度越低,分散性越好,越易被吸附,而在粉磨初期,由于石膏较熟料软,易首先被破碎成表面积较大的小颗粒,这两方面原因导致石膏表面吸附较多三乙醇胺分子,在水化初期阻碍石膏溶解,从而使水泥中溶剂矿物直接水化生成大量的C3AH6,引起急凝甚至闪凝。

4三乙醇胺的助磨机理

根据上述针对实验数据的分析并参考有关文献3,4),可以将三乙醇胺的助磨机理归结为:三乙醇胺在溶液中分散,加入水泥中后随着粉磨过程的进行,吸附在颗粒表面和颗粒缝隙中,利用其表面活性使熟料颗粒表面能降低,荷电性减弱,从而易于破碎。随着粉磨过程的进行,三乙醇胺继续被新生的表面吸附而维持其助磨作用,直至新生成的表面无可吸附的三乙醇胺为止。

根据此助磨机理,三乙醇胺浓度越高,分散性越差,能“有效吸附”的最小颗粒尺寸越大,对过粉磨现象的抑制作用越弱,从而表现为随着三乙醇胺浓度增加,在细度降低的同时比表面积也增大。在硅酸盐水泥粉磨过程中,由于石膏易于破碎,新生表面形成早,吸附三乙醇胺较多,使得水化初期参与水化的石膏减少,使凝结时间缩短。

5结论

1)三乙醇胺是一种多元醇助磨剂,可以有效地缩短粉磨时间,降低能耗,起到良好的助磨作用。从本文实验数据看,三乙醇胺掺入量为0.05%,浓度为40%时对硅酸盐水泥效果最好。

2)三乙醇胺的助磨作用是通过吸附在颗粒表面,降低颗粒的表面能,减少静电聚集来实现的,助磨作用不仅与掺量有关,而且和掺入的浓度有关。

3)三乙醇胺使用适当时能够提高水泥粉磨效率,显著提高水泥的后期强度;使用不当时可能引起水泥急凝甚至闪凝。从本文实验结果看,三乙醇胺在硅酸盐水泥中掺入浓度不宜低于40%,否则引起急凝。

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