助磨劑與水泥的適應性研究

陳建兵，王立福，張惠敏

（1 河北省第四建筑工程公司，河北 石家莊 050051；2 石家莊排水管理處，河北 石家莊 050091；3 河北科技大學材料科學與工程學院，河北 石家莊 050018）

1 引言

我國水泥行業在“十一五”后期投資過猛。2009 年中國新型干法生產線將達到1130 條，熟料產能9 億噸，水泥總產能達到14 億噸。2010 年1月～4月份全國累計完成投資363 億元，同比增長91.72%，高于上年同期55.65%。水泥性能高低決定了我國水泥行業的發展狀況,而助磨劑在水泥生產及其對水泥性能影響方面起著關鍵作用。因此，研究助磨劑與水泥性能的關系成了一個必然的趨勢[1]。

目前市場上助磨劑種類繁多，很多水泥生產廠家為了節能降耗和提高水泥的性能在生產過程中也紛紛采用了助磨劑。但助磨劑與水泥之間是否存在某種適應關系呢？有關這方面的研究還鮮見報道。因此，本文探討4 種助磨劑（YHT-030、YHT-102、YHT-130 和JY）對3 種水泥（普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥和粉煤灰水泥）性能的影響，研究了助磨劑與水泥之間的適應關系。為助磨劑的應用研究提供了理論和實踐基礎。

2 試驗

2.1 試驗原料

鼎鑫水泥廠生產的水泥熟料；脫硫石膏SO3質量百分比為43%；其附著水為12.20%，結晶水為20.79%；粒化高爐礦渣采用硫酸渣，其礦物組成中玻璃體含量在85%以上；粉煤灰礦物組成中玻璃體含量在85%以上；助磨劑：譽和田科技有限公司生產的高效助磨劑YHT-030，YHT-102，YHT-130 和鼎鑫集團自主研發的JY 助磨劑。前三種助磨劑的主要成分是三乙醇胺，后一種主要成分是三異丙醇胺。部分原材料化學成分分析見表1。

表1 原材料化學成分 %

2.2 試驗過程及標準

按表2 配比，分別稱取試樣5kg，與助磨劑一并置于Φ500×500mm 試驗小磨中粉磨20min。過0.08mm 方孔篩，然后分別進行性能測定。水泥凝結時間測定依據GB1346-2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》，水泥膠砂強度試驗依據GB/T17671-1999 《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》 ，水泥細度檢驗依據GB/T1345-2005《水泥細度檢驗方法篩析法》，比表面積測定依據GB/T 8074-2008《水泥比表面積測定方法(勃氏法)》，水泥粒度分布采用FAM 激光粒度測試儀測定。為方便起見，我們分別將水泥進行編號，如表2 所示。其中第一組試樣為1 號試樣，代表普通硅酸鹽水泥；第二組試樣為2 號試樣，代表礦渣水泥；第三組試樣為3 號試樣，代表粉煤灰水泥。

表2 水泥配比以及助磨劑摻量

3 結果與討論

3.1 細度

水泥細度可以從篩余、比表面積、顆粒級配、平均粒徑等幾方面進行表征。但相對比較準確且最能反映水泥細度全貌的是顆粒級配和平均粒徑。表3 是水泥粉體中的有效顆粒含量和中位徑值。

從表3 可以看出，加入助磨劑后，對水泥強度起決定作用的3 ～32μm 顆粒的含量增加，水泥的中位徑減小。這說明粉體中小顆粒的含量增多了，大顆粒相對減少，粒度分布更加合理。此外，還可以發現，助磨劑不同，對同種水泥的粒度影響也不一樣，或者說助磨效果不同。YHT-030 型、YHT-102 型、YHT-130 型助磨劑對1 號和3 號水泥的助磨效果較好，JY 助磨劑對試驗所選得三種水泥均有較好的助磨效果。也就是說，助磨劑與水泥品種之間存在一定的匹配關系。摻加合適的助磨劑后，可以使水泥的粒度分布更加合理。

表3 水泥粒度分布

3.2 凈漿流動度

水泥凈漿流動度的影響因素很多，包括熟料礦物組成、外加劑、混合材品種和摻量、石膏品種、粉磨工藝和水泥細度等；在試驗條件一定時，所得產品顆粒越細，助磨劑的助磨效果越好，水泥凈漿流動度越小。表4 是三種水泥與不同助磨劑匹配后的凈漿流動度數值。

表4 凈漿流動度

由表4 可以看出，添加助磨劑以后，對于各品種水泥的凈漿流動度都有不同程度的提高。YHT-030、YHT-102 和YHT-130 型助磨劑對普通硅酸鹽水泥和粉煤灰水泥的助磨效果非常明顯，但是對礦渣水泥的助磨效果不明顯。JY 助磨劑對礦渣水泥的助磨效果明顯，但對于普通硅酸鹽水泥和粉煤灰水泥的助磨效果一般。由此進一步說明，助磨劑與水泥品種之間確實存在一定的適應性。對于一定品種的水泥，加入合適的助磨劑可以明顯提高水泥的凈漿流動度，否則效果不明顯。

3.3 水泥膠砂強度

影響水泥膠砂強度的因素很多，例如：水泥熟料強度、熟料配比、混合材種類和活性等。但對于一定品種的水泥，在粉磨過程中采用助磨劑是提高水泥強度的有效途徑之一。表5 分析比較了加入不同助磨劑的試樣與空白試樣的抗折和抗壓強度變化情況。

由表5 可以看出，助磨劑的加入，可以改善水泥的抗折和抗壓強度。但助磨劑與水泥品種之間存在一定的匹配關系。YHT-030 型助磨劑對1、2、3 號水泥的早期強度提高較明顯，而對后期強度提高不是很明顯；YHT-102 型助磨劑對粉煤灰水泥和礦渣水泥的強度影響比較明顯，對普通硅酸鹽水泥的強度影響不大； YHT-130 型助磨劑對普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥的強度影響比較明顯，對粉煤灰水泥的強度影響不大； JY助磨劑對粉煤灰水泥、礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥的強度影響都比較明顯。由此可以看出，助磨劑與水泥品種之間存在一定的匹配關系。適宜的助磨劑能夠明顯提高水泥的抗折和抗壓強度。

表5 水泥強度 MPa

3.4 密度

在粉磨工藝一定時，水泥密度在一定程度上能夠反映水泥粉體的顆粒大小。對研究助磨劑與水泥之間的適應性有一定的貢獻。表6 是5 個代表性試樣的密度測定值。

表6 水泥密度

由表6 可知，加入助磨劑之后，水泥密度均未發生改變。根據緊密堆積原理，粉體顆粒在堆積的過程中表現為大顆粒做堆積，小顆粒填充空隙。因此，助磨劑的加入雖然改變了顆粒的粒徑分布，使得顆粒的粒徑分布變窄，大顆粒和小顆粒數量減少，中間尺寸顆粒數量變大，但總的堆積結果跟未摻加助磨劑的水泥顆粒效果近同，也就是說各種助磨劑的加入對水泥的密度均不產生影響。

3.5 凝結時間

水泥凝結時間分為初凝和終凝。為保證工程施工的順利進行，國家標準規定，硅酸鹽水泥的初凝時間不早于45 分鐘，終凝時間不遲于6.5 個小時。其它水泥的終凝時間不得遲于10小時。表7 是加入助磨劑后水泥的凝結時間變化情況。

表7 水泥的凝結時間

由表7 可以看出，助磨劑的加入對凝結時間影響不大，一般略有減少，但是效果不是很明顯，規律性也不是很強。這與文獻[2]的結論是一致的。導致這種現象的形成可能有兩方面的原因。一方面助磨劑的加入可能會在水泥顆粒的周圍附著一層油膜，阻止其水化，使得凝結時間變長；另一方面助磨劑的加入，水泥細度變小，比表面能增大，導致水泥的水化速度加快，凝結時間變短。

綜上所述，助磨劑與水泥之間確實存在一定的匹配關系。適宜助磨劑的加入，可以明顯改善水泥的粒度分布，提高有效顆粒（3～32μm）含量，水泥中位徑向小顆粒方向移動；提高水泥的凈漿流動度；改善水泥膠砂強度。相反，如果助磨劑使用不當，則水泥的性能改善不明顯，卻空增了水泥的生產成本。但無論選用何種助磨劑，對水泥的性能都不會帶來明顯的負作用。

4 結論

助磨劑與水泥品種之間存在一定的適應性。適宜的助磨劑可以改善水泥粉體的顆粒分布，提高水泥的凈漿流動度、膠砂強度等性能。

[1]徐日昌、彭春元等.水泥熟料復合助磨劑的研究[J].材料學報，2006，15（4）：6-10

[2]鄭少華，王本語，趙旭光.助磨劑在水泥粉磨中的作用及對產品性能的影響[J].水泥.1994，(7):1-4