摘要：研究了不同類型的高效減水劑對(duì)水泥熟料的助磨作用，并進(jìn)一步探討了不同水泥熟料與高效減水劑之間的相容性問題。結(jié)果表明，高效減水劑對(duì)水泥熟料具有不同程度的助磨作用，作用的大小與減水劑摻量及熟料自身物料特性有關(guān)；高效減水劑與水泥熟料之間存在相容性問題，同一種水泥熟料與不同減水劑、同一種減水劑與不同水泥熟料之間的適應(yīng)性不同。采用內(nèi)摻高效減水劑的方法既改善了水泥熟料的易磨性，又增強(qiáng)了減水劑與水泥熟料的相容性，減水效果增加，流動(dòng)度損失減小：
關(guān)鍵詞：高效減水劑；助磨作用；相容性
Abstract：The effect of different superplasticizer on clinker grinding efficiency and its compatibility with clinker were studied.The results show that superplasticizer has effect on clinker grinding in varying degrees，which depend on the amount of superplasticizer and the property of clinker、The compatibility of the same clinker with different superplasticizers and that of the same superplasticizer with different clinkers are diferent.By adding the superplasticizer into cement mill， the grindability of clinker and the compatibility between superplasticizer and clinker were improved、The water reducing efficiency was improved and the flowability 1oss of cement paste were reduced、
Key words:superplasticizer； grind-aiding effect； compatibility
0 引言
各種高效減水劑實(shí)質(zhì)上都是不同類型的表面活性劑，在水泥粉磨時(shí)加入可以起到分散、助磨物料等作用：國外許多學(xué)者通過在水泥粉磨時(shí)加入減水劑及其它物質(zhì)生產(chǎn)出了低需水性水泥，既改善了混凝土的流動(dòng)性，又增加了水泥粉磨效率。目前韓國、新加坡等國家生產(chǎn)水泥時(shí)，多在粉磨時(shí)摻人一定量的減水劑，用以助磨和改善需水性。
本文研究了2種高效減水劑對(duì)2種水泥熟料的助磨作用及其相容性，觀察了不同高效減水劑在不同摻量時(shí)熟料細(xì)度及比表面積的變化情況，內(nèi)摻(減水劑在熟料粉磨時(shí)加入)及外摻高效減水劑對(duì)水泥凈漿初始流動(dòng)度及l(fā)h流動(dòng)度損失的影響。
1試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法、儀器
1．1 試驗(yàn)材料
1．1．1 水泥熟料和石膏
本試驗(yàn)采用預(yù)分解窯熟料YS和立窯熟料BD，使用了相同的二水石膏，摻量為4％ ，它們的化學(xué)成分見表1。
1．1．2 高效減水劑
HS：三聚氰胺系高效減水劑 產(chǎn)地：江蘇
DN：萘系高效減水劑 產(chǎn)地：天津
1．2 試驗(yàn)方法、儀器
所有熟料破碎至全部通過3．2mm篩，經(jīng)過縮分，選取一定量的熟料和石膏、減水劑一起在305mm*305mm 實(shí)驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ハ嗤瑫r(shí)間，測(cè)量所得水泥熟料的細(xì)度、比表面積、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和物理強(qiáng)度，比較不同熟料在不同減水劑及摻量下的相對(duì)易磨性和物理性能的變化。
水泥凈漿擴(kuò)散度試驗(yàn)按GB8077進(jìn)行，采用微型坍落度儀測(cè)定靜態(tài)下漿體的擴(kuò)散直徑。凈漿的水膠比經(jīng)試驗(yàn)選擇為0．35，通過測(cè)定加水后5min的初始流動(dòng)度F5和靜置1h后漿體的流動(dòng)度F60，比較不同熟料與高效減水劑的相容性的差異。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1 高效減水劑對(duì)水泥熟料的助磨作用
2．1．1 高效減水劑對(duì)水泥熟料易磨性的影響
把熟料BD、YS分別和石膏、高效減水劑HS、DN(配成濃度為50％的溶液，按一定的比例滴加到熟料上，本文的減水劑摻量都是指減水劑溶液的摻量)一起在實(shí)驗(yàn)?zāi)ブ蟹勰ハ嗤瑫r(shí)間，測(cè)得水泥熟料的80um篩余和比表面積。2種高效減水劑對(duì)BD、YS熟料粉磨細(xì)度的影響分別見圖1、圖2。
從圖l可以看出，隨高效減水劑摻量的增加，起初熟料的8Oum篩余值的下降和比表面積增加都比較明顯，當(dāng)摻量增加到0．2％時(shí)變化不再明顯。摻量超過0．5％ 時(shí)，水泥的細(xì)度又逐漸變粗，比表面積也逐漸減小。摻量繼續(xù)增加，達(dá)到2％時(shí)水泥的細(xì)度比空白熟料還要粗，比表面積也大大降低。所以只有在合適的摻量下(0．2％ ～0．5％)高效減水劑才能有較好的助磨效果。在摻量相同的情況下，BD熟料摻HS比摻DN有更小的篩余和更大的比表面積，因此減水劑HS比DN對(duì)BD熟料的助磨效果要好一點(diǎn)。
由圖2可見，2種減水劑在一定摻量范圍內(nèi)(0．2％～0．5％ )對(duì)YS熟料也有一定的助磨作用，但相對(duì)BD熟料效果并不明顯。減水劑摻量在此范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)YS熟料的80um篩余值的影響程度要大于比表面積。摻量再大時(shí)YS熟料的細(xì)度也開始變粗，比表面積下降。同時(shí)還可以看出，2種減水劑對(duì)YS熟料的助磨作用幾乎相同。
2．1．2 高效減水劑對(duì)水泥熟料物理性能的影響
在相同的水灰比下(0．44)，高效減水劑的摻入對(duì)水泥熟料物理性能的影響如表2。
從表2可以看出，對(duì)于HS和DN2種高效減水劑，摻量小于1％時(shí)對(duì)2種熟料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量幾乎沒有多大的影響，當(dāng)摻量達(dá)到1％時(shí)用水量開始明顯的下降，說明1％ 為2種減水劑摻量的臨界值。高效減水劑內(nèi)摻對(duì)水泥熟料的凝結(jié)時(shí)問及抗折強(qiáng)度沒有明顯的影響。對(duì)于抗壓強(qiáng)度，2種減水劑使BD熟料的早期和后期強(qiáng)度都有2～3MPa的提高，而對(duì)YS熟料的強(qiáng)度沒有明顯影響。
2．1．3 高效減水劑的助磨作用分析
減水劑的助磨作用主要是通過分散物料、增大物料流速，防止了過粉磨現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)它們吸附在熟料顆粒微裂紋的表面，阻止熟料顆粒的重新愈合，幫助裂紋的擴(kuò)展，有利于粉碎的繼續(xù)進(jìn)行。要注意的是減水劑的摻量有一個(gè)明顯的上限，超過此值，不但不起助磨作用，反而使水泥熟料的細(xì)度變粗。
2．2 水泥熟料與高效減水劑的相容性
影響高效減水劑與水泥之間的相容性的因素很多，這里只討論內(nèi)摻及外摻高效減水劑時(shí)對(duì)水泥熟料適應(yīng)性的影響。為了便于對(duì)比，試驗(yàn)時(shí)確保所有內(nèi)摻及外摻水泥熟料試樣具有相同的比表面積，控制在(330±10)㎡／kg。
2．2．1 DN減水劑與水泥熟料的相容性
一般說來，在水灰比一定時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度隨高效減水劑的摻量增加而增加，達(dá)到某一摻量時(shí)流動(dòng)度迅速增加，此時(shí)的減水劑摻量稱為臨界值：當(dāng)摻量達(dá)一定劑量后水泥漿體的流動(dòng)度不再增加或增加很小，此時(shí)的減水劑摻量稱為飽和點(diǎn)。試驗(yàn)中減水劑摻量選定在臨界值與飽和點(diǎn)之問進(jìn)行研究：圖3是2種磨細(xì)熟料按W／C=0．35加水拌和時(shí)，外摻及內(nèi)摻DN減水劑后水泥熟料漿體的流動(dòng)度變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.
由圖3看出，BD熟料與減水劑DN的相容性要好于YS熟料，因?yàn)椴徽撌峭鈸竭€是內(nèi)摻，相同摻量時(shí)BD熟料漿體流動(dòng)度更大。DN外摻時(shí)，2種熟料的初始流動(dòng)度F5隨摻量的增大而增大，但流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失比較明顯，1h后2種水泥熟料漿體的流動(dòng)度F60下降幅度較大。DN內(nèi)摻時(shí)，2種熟料不僅初始流動(dòng)度比外摻時(shí)有一定的提高，而且流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失也明顯減小，1h后漿體仍具有較高的流動(dòng)度。內(nèi)摻使2種熟料與DN的適應(yīng)性都有不同程度的改善。
2．2．2 HS減水劑與水泥熟料的相容性
圖4是HS減水劑與2種熟料相容性的試驗(yàn)結(jié)果，可見，HS外摻時(shí)，在相同的水灰比下雖然比摻DN減水劑時(shí)有更高的初始流動(dòng)度，但流動(dòng)度損失更加明顯。1h之后BD熟料的流動(dòng)度隨Hs摻量的增加幾乎不再變化，YS熟料則當(dāng)HS摻量大于1．5％ 時(shí)流動(dòng)度反而減小，說明HS與2種水泥熟料的適應(yīng)性都比較差。內(nèi)摻時(shí)，HS與水泥熟料的相容性有明顯的改善，除初始流動(dòng)度比外摻時(shí)稍有增加外，流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失大為減小，lh后2種水泥熟料漿體仍具有相對(duì)較高的流動(dòng)性。再次表明減水劑的內(nèi)摻使水泥熟料與之相容性有顯著的改善。
2．2．3 相容性的因素分析
有研究表明，水泥與高效減水劑的適應(yīng)性與其對(duì)高效減水劑的吸附量有關(guān)。吸附量與其水化產(chǎn)物的數(shù)量和表面性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)樾律乃a(chǎn)物比水泥顆粒具有非常高的比表面能。而水化產(chǎn)物的數(shù)量取決于各單礦的水化速率。水化越快，產(chǎn)生的水化產(chǎn)物越多，吸附量就越大，相容性就越差。同時(shí)水化產(chǎn)物對(duì)高效減水劑的吸附有一個(gè)過程，只要可以減緩吸附速度就可以提高它與水泥的相適應(yīng)性。
首先從水泥熟料礦物組成來看，含鋁相數(shù)量及總堿量對(duì)相容性有明顯的影響。含鋁相C3A、C4AF含量越低，總堿量越低，相容性就越好。其中，C3A的影響比C4AF大的多，因?yàn)槭炝系V物中C3A的水化速度最快，高效減水劑優(yōu)先吸附于C3A或其水化產(chǎn)物的表面，從而使水中游離減水劑的濃度下降，降低了分散作用。同時(shí)造成水泥漿體形成過早的骨架結(jié)構(gòu)，降低了流動(dòng)性。從表1中可以看出，BD熟料礦物中C3A及堿含量要明顯低于YS熟料，所以與2種減水劑有更好的相容性。
其次從高效減水劑的種類上來說，高效減水劑幾乎都是一類聚合電解質(zhì)及表面活性劑，它們對(duì)水泥及混凝土主要是分散作用、化學(xué)一力學(xué)作用及對(duì)水泥初期水化的抑制作用。但它們自身的結(jié)構(gòu)有較大的差別，HS減水劑對(duì)水泥熟料的早期強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用，從而也加速了水泥漿體流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失，與水泥熟料的相容性更差。
最后從添加方法上講，內(nèi)摻法的物料在共同粉磨的過程中，在水泥顆粒表面形成一層較為穩(wěn)定的減水劑膜層，一方面，能夠使磨內(nèi)粉料分散，提高粉磨效率；另一方面，水泥熟料顆粒在水化時(shí)，打開這種膜層需要一定的時(shí)間，能夠延緩減水劑在新生水化產(chǎn)物表面的吸附速度，使流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失減小：同時(shí)由于在加水前減水劑已經(jīng)充分分散在水泥熟料顆粒表面，使?jié){體的初始流動(dòng)度有所增大。因此，減水劑的內(nèi)摻能夠在很大程度上改善水泥熟料與高效減水劑之間的相適應(yīng)性。
3 結(jié)論
1)在一定的摻量范圍內(nèi)(0．2％ ～0．5％)，高效減水劑對(duì)水泥熟料有不同程度的助磨作用：但超過一定摻量時(shí)，反而不利于粉磨過程的進(jìn)行。
2)高效減水劑與不同水泥熟料之問有一定的相容性。能夠加速水化速度的因素如C3A及堿含量高的水泥熟料與減水劑之間的相容性變差。減水劑的內(nèi)摻比外摻更有利于提高相容性。
3)減水劑內(nèi)摻量超過某一限值時(shí)反而對(duì)水泥熟料的粉磨不利，所以在實(shí)踐操作中，可以根據(jù)工程的實(shí)際需要，采用首先在水泥粉磨時(shí)摻入適量減水劑以提高粉磨效率和增加與水泥的相容性，其余部分在施工時(shí)加入的方法。
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