不同助磨劑對水泥熟料性能的影響

陳 濤，丁蘋蘋，任雯雯，崔培強

（1.錫林浩特市交通局，錫林浩特 026000；2.錫林浩特養路工區，錫林浩特 026000；3.二連浩特市邊防公路機械化養護隊，二連浩特 012600；4.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070）

已有的研究結果表明，在水泥物料的粉磨過程中加入少量的外加劑（氣體、液體或固體的物質）可以顯著提高粉磨效率、降低能耗且不影響水泥性能。通常把這類摻入水泥物料中的化學外加物質統稱為水泥助磨劑。目前，國內研究和使用的水泥助磨劑多為復合型助磨劑。為更好的適應熟料質量及性質、混合材品種及性質、磨機規格及性能、產品性能要求等的變化，助磨劑應向高效型、復合型、質量改進型方向發展。

為考察不同品種的助磨劑對水泥綜合性能的影響，通過對摻入助磨劑以后的水泥樣品進行3d、28d抗壓、抗折強度等試驗來檢測水泥的物理性能，并通過掃描電鏡檢測評價助磨劑對水泥水化效果的影響。

1 原材料與試驗設計

1.1 原材料性能

1）水泥熟料 試驗用水泥熟料的化學成分見表1。

表1 水泥熟料的化學主成分分析 w/%

2）標準砂 采用的廈門艾思歐標準砂有限公司生產的標準砂，視密度為2.639g/cm3，標準砂顆粒篩分結果見表2。

表2 試驗用標準砂顆粒篩分結果

3）助磨劑 試驗采用4種助磨劑，1號為乙二醇，2號為糖蜜，3號為三異丙醇胺，4號為三乙醇胺。下文中出現的助磨劑編號分別對應上述助磨劑，其中0號為不摻任何助磨劑的空白樣。試驗中各助磨劑按內摻法摻加，摻量均為500g/t。

1.2 試驗設計

1）水泥試樣的混合與制備 采用QM－500型球磨機進行水泥熟料與助磨劑的摻配粉磨，每組試樣15 kg，按內摻法計算好各種材料的摻配質量，先用人工將水泥熟料與助磨劑初步混合拌和，大致翻拌均勻后轉入球磨機中進行二次精磨，精磨時間為60min。磨制完畢的樣品用防水防潮的牛皮紙袋封裝保存備用。

2）水泥試件的制備與力學性能測試按照水泥膠砂試塊的抗折強度和抗壓強度試驗規程，采用磨制完成的水泥料分別進行其抗壓、抗折標準試件的制備，水泥膠砂成型所用的模具為40mm×40mm×160mm三聯試模，凈漿試塊成型所用模具為20mm×20mm×20mm六聯條形模。膠砂試塊和凈漿試塊成型后進行標準養護，然后測定3d和28d強度。每次拌合膠砂的材料量見表3（水泥、標準砂、水的質量比為2∶3∶1），凈漿試塊成型時的用水量為水泥標準稠度用水量。

表3 拌合膠砂所用材料量

3）微觀測試 取出用無水乙醇中止水化的水泥漿體斷裂碎塊，在40℃下干燥至恒重，然后用JSM－5610LV型掃描電鏡觀察水化產物。

2 試驗結果與討論

2.1 力學性能測試

1）水泥抗折試驗 采用DKZ－5000型電動抗折試驗機分別對5組試件進行3d和28d抗折強度試驗，具體試驗結果見圖1。

從圖1可以看出對于水泥砂漿的3d抗折強度而言，所有加入助磨劑的試樣抗折強度與標準樣相比相差不大，但略有上升。其中1號和4號樣的抗折強度高于標準樣，分別為0.33MPa和0.38MPa，增幅在9.5%左右，這主要是因為這兩種助磨劑的助磨效果相對而言明顯一些，使0～30μm顆粒的含量增加，從而起到了增強的作用。相對而言，2、3號助磨劑的摻入均對水泥的3d抗折強度影響最為不明顯。

對于水泥砂漿的28d抗折強度而言，所有試樣與標準樣相比都相差不大，其中4號試樣的增長值最大，28d抗折強度高出標準樣0.4MPa，增強比例為5.5%，再次說明4號樣品的助磨效果很好，增加了細顆粒的數量。增長值最小的為2號樣，比標準樣高0.24MPa，增強比例為0.76%。

2）水泥抗壓試驗 采用TYE－300電腦全自動水泥壓力機分別對5組試件進行3d和28d抗壓強度試驗，具體試驗結果見圖2。

從圖2可以看出對于水泥砂漿的3d抗壓強度而言，所有加入助磨劑的試樣抗壓強度與標準樣相比均有不同程度的上升，其中4號樣的3d抗壓強度高于標準樣幅度最大，高出數值為2.87MPa，增強比例在16.3%左右，這主要是因為4號助磨劑的助磨效果好，進一步增加了0～30μm的顆粒含量，從而起到了增強的作用。2號影響最小，增強強度值0.48MPa，僅占標準樣抗壓強度的2.7%。相對而言，1、3號助磨劑的摻入均對水泥的3d抗壓強度影響不是很明顯。

對于水泥砂漿的28d抗壓強度而言，所有試樣與標準樣相比強度都有增大，其中4號試樣的28d抗壓強度相對于標準樣增強效果最為明顯，高出3.05MPa，增強比例為8.8%，增強效果最差的為3號樣，比標準樣高0.29MPa，增強比例為0.8%。1號和2號助磨劑對水泥的28d抗壓強度影響情況不明顯，即這4種助磨劑對水泥砂漿28d抗壓強度的影響在0.8%～8.8%之間。

2.2 水泥水化產物SEM顯微照片

針對前期的所有試驗基本可以肯定在所有助磨劑當中，4號助磨劑對水泥綜合性能的不利影響是最小的，還提高了水泥的抗折和抗壓強度，綜合考慮，特取4號試樣拍攝SEM顯微照片，以觀察其水化產物，來確定其微觀結構是否可以投入生產運用。

圖3為4號水泥樣品的凈漿3d水化產物SEM照片。從圖3中可以清楚的看到板狀的C－S－H凝膠相數量較多，結晶完整，晶體結構致密，凝膠相中空隙少，另外可以看到水化產物連結緊密，周圍的相由化學鍵和物理作用力結實的結合成為一個整體，水泥硬化漿體中各晶體發育完整，晶粒粗大，整個結構致密，空隙少。

圖4為自配水泥空白樣的凈漿3d水化產物SEM照片。從圖4中可以看出，標準樣凈漿試塊的水化產物中空隙較多，結晶致密度不如加入了助磨劑后的水泥。

以上的分析說明，摻入4號助磨劑后的水泥水化產物發育良好，水化產物的排布結構致密，水泥水化產物和混合料的結合緊密，這些都會帶來水泥的高強度，這與前面有關的水泥強度高的結論是一致的。

3 結果與討論

a.助磨劑對水泥強度影響不同，4種助磨劑對水泥各齡期抗折、抗壓強度都有一定程度提高，其中三乙醇胺助磨劑對水泥強度產生有利影響最為明顯。

b.三乙醇胺助磨劑的加入有利于水泥的水化，使其結構更加緊密，縫隙減少。

［1］ 高建榮.水泥助磨劑疑惑解析［J］.水泥，1997（6）：12－14.

［2］ 盧迪芬，曾維平，魏詩榴.水泥工業中助磨劑的開發與應用［J］.水泥，1900（5）：29－31.

［3］ 蔡安蘭，江朝華，嚴 生，等.助磨劑對普通硅酸鹽水泥性能的影響及作用機理［J］.南京化工大學學報，2001，23（1）：50－53.