改性水泥助磨劑的研究

石成利

（杭州白浪助劑有限公司，浙江 杭州 311215）

水泥助磨劑在國際上已有70 多年的應(yīng)用歷史，其簡單高效的特點已被越來越多的水泥生產(chǎn)企業(yè)認(rèn)可。液體助磨劑以有機(jī)硅、三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、聚丙烯酸酯、聚羧酸鹽等為主，但使用以上物質(zhì)在降低粉磨阻力和阻止微粒聚集方面性能提升不大。本文采用二乙醇胺與環(huán)氧丙烷進(jìn)行加成反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)不同的摩爾比生產(chǎn)二乙醇胺聚氧丙烯醚，與三乙醇胺在流動性、降低篩余等方面進(jìn)行比較。

1 實驗部分

1.1 實驗原材料及儀器

二乙醇胺（巴斯夫），環(huán)氧丙烷（金山石化），去離子水；10 L 攪拌釜，500 mm×500 mm 實驗室標(biāo)準(zhǔn)磨，勃氏透氣比表面積儀。

1.2 二乙醇胺聚氧丙烯醚的合成

方法一:將二乙醇胺使用真空吸入清潔干燥的10 L 密閉反應(yīng)釜內(nèi)，充排氮氣3 次，邊攪拌邊利用蒸汽加熱物料至80 ℃后，按3.5 kg/h 的速度緩慢滴加2 mol 環(huán)氧丙烷，控制反應(yīng)溫度在80 ℃～90 ℃，反應(yīng)時間120 min，通料平穩(wěn)，反應(yīng)壓力維持在0.25～0.30 MPa。反應(yīng)結(jié)束后，老化1 h，再吸入一定量的去離子水，得到含量為90%的二乙醇胺聚氧丙烯醚（X1）。

方法二：先將二乙醇胺使用真空吸入清潔干燥的10 L 密閉反應(yīng)釜內(nèi)，再吸入一定量的去離子水，充排氮氣3 次，邊攪拌邊利用蒸汽加熱物料至80 ℃后，按3.5 kg/h 的速度緩慢滴加2 mol環(huán)氧丙烷，控制反應(yīng)溫度在80 ℃～90 ℃，反應(yīng)時間160 min，后期通料速度為2 kg/h，且反應(yīng)壓力達(dá)到0.35 MPa。反應(yīng)結(jié)束后，老化1 h，得到含量為90%的二乙醇胺聚氧丙烯醚（X2）。

方法三：先將二乙醇胺使用真空吸入清潔干燥的10 L 密閉反應(yīng)釜內(nèi)，再吸入所需去離子水的一半，充排氮氣3 次，邊攪拌邊利用蒸汽加熱物料至80 ℃后，按3.5 kg/h 的速度緩慢滴加2 mol 環(huán)氧丙烷，控制反應(yīng)溫度在80 ℃～90 ℃，反應(yīng)時間140 min，通料平穩(wěn)，反應(yīng)壓力維持在0.25～0.30 MPa。反應(yīng)結(jié)束后，老化1 h，再吸入余下的去離子水，得到含量為90%的二乙醇胺聚氧丙烯醚（X3）。

1.3 質(zhì)量指標(biāo)測試

根據(jù)色澤（GB/T 3143）、羥值（GB 6365-86）、氣相色譜對X1、X2、X3 質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行分析，得到以下數(shù)據(jù)（表1）。

表1 二乙醇胺聚氧乙烯醚質(zhì)量指標(biāo)

2 性能測試

三乙醇胺是極性很強(qiáng)的醇胺，水溶液呈堿性，能夠螯合水泥中的金屬離子與礦物質(zhì)相互作用，早期作為混凝土早強(qiáng)劑使用，能夠很快地提高水泥早期強(qiáng)度，但會使后期強(qiáng)度有所下降。三乙醇胺對水泥粉磨有很好的助磨效果，是公認(rèn)的高效助磨劑，摻量為0.05%左右，可使水泥產(chǎn)量提高大約20%。因此用三乙醇胺與二乙醇胺聚氧丙烯醚進(jìn)行助磨效果的對比。

助磨劑：M0 為三乙醇胺；M1 為二乙醇胺加成2 mol 環(huán)氧丙烷；M2 為二乙醇胺加成3 mol 環(huán)氧丙烷；M3 為二乙醇胺加成4 mol 環(huán)氧丙烷。

本實驗配比為熟料：石膏=95:5，為了研究不同品種及摻量的助磨劑對硅酸鹽水泥性能影響的表征方法，摻量分別為M0 0.05%、M1 0.05%、M2 0.04%、M3 0.03%。按上述比例配好的試樣分別稱取5 g，然后加入相應(yīng)量的助磨劑用實驗室小磨粉磨40 min，粉磨完畢后分別進(jìn)行流動性、篩余、比表面積測定。

3 試驗結(jié)果與分析

表2 助磨劑對普通硅酸鹽水泥的助磨效果

從表2 可以看出，與加三乙醇胺的水泥試樣相比，加入二乙醇胺聚氧丙烯醚的水泥休止角分別比前者低5.2°、5.9°和6.7°。由此可見，使用二乙醇胺聚氧丙烯醚助磨劑使水泥流動性提高，它的的平滑作用比前者好，更好地改變了粉體顆粒之間的接觸角和摩擦阻力。

45 μm 篩篩余比80 μm 篩篩余下降明顯，因此說明采用45 μm 篩篩余作為細(xì)度的主要表征方法比采用80 μm 篩篩余作為細(xì)度的主要表征方法好。

加入二乙醇胺聚氧丙烯醚助磨劑的水泥比表面積相對于三乙醇胺助磨劑有所提高，對改變粉體顆粒之間的接觸角和摩擦阻力效果好。

表3 助磨劑對水泥性能的影響

由表3 可以看出加入二乙醇胺聚氧丙烯醚后，水泥各齡期的強(qiáng)度都較三乙醇胺明顯提高，且凝結(jié)時間也縮短，而M3 在各項數(shù)據(jù)中又是最好的。

4 結(jié)論

（1）生產(chǎn)工藝以先在起始劑中加一半水，反應(yīng)結(jié)束后再稀釋到所需濃度的方法為最佳，生產(chǎn)出的成品指標(biāo)相對較好。

（2）M1、M2、M3 三種助磨劑都比三乙醇胺在提高水泥的流動性、降低篩余、減小粉體顆粒之間的接觸角和摩擦阻力方面明顯，且提高水泥的強(qiáng)度從而降低粉磨電耗。

（3）M3 對水泥各方面性能的改進(jìn)最為明顯，但因為加成的環(huán)氧丙烷比其它二個多，所以生產(chǎn)成本相比較高?？梢愿鶕?jù)不同的產(chǎn)品需要選擇相應(yīng)的助磨劑。

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