助磨剂与水泥的适应性研究

陈建兵，王立福，张惠敏

（1 河北省第四建筑工程公司，河北 石家庄 050051；2 石家庄排水管理处，河北 石家庄 050091；3 河北科技大学材料科学与工程学院，河北 石家庄 050018）

1 引言

我国水泥行业在“十一五”后期投资过猛。2009 年中国新型干法生产线将达到1130 条，熟料产能9 亿吨，水泥总产能达到14 亿吨。2010 年1月～4月份全国累计完成投资363 亿元，同比增长91.72%，高于上年同期55.65%。水泥性能高低决定了我国水泥行业的发展状况,而助磨剂在水泥生产及其对水泥性能影响方面起着关键作用。因此，研究助磨剂与水泥性能的关系成了一个必然的趋势[1]。

目前市场上助磨剂种类繁多，很多水泥生产厂家为了节能降耗和提高水泥的性能在生产过程中也纷纷采用了助磨剂。但助磨剂与水泥之间是否存在某种适应关系呢？有关这方面的研究还鲜见报道。因此，本文探讨4 种助磨剂（YHT-030、YHT-102、YHT-130 和JY）对3 种水泥（普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥）性能的影响，研究了助磨剂与水泥之间的适应关系。为助磨剂的应用研究提供了理论和实践基础。

2 试验

2.1 试验原料

鼎鑫水泥厂生产的水泥熟料；脱硫石膏SO3质量百分比为43%；其附着水为12.20%，结晶水为20.79%；粒化高炉矿渣采用硫酸渣，其矿物组成中玻璃体含量在85%以上；粉煤灰矿物组成中玻璃体含量在85%以上；助磨剂：誉和田科技有限公司生产的高效助磨剂YHT-030，YHT-102，YHT-130 和鼎鑫集团自主研发的JY 助磨剂。前三种助磨剂的主要成分是三乙醇胺，后一种主要成分是三异丙醇胺。部分原材料化学成分分析见表1。

表1 原材料化学成分 %

2.2 试验过程及标准

按表2 配比，分别称取试样5kg，与助磨剂一并置于Φ500×500mm 试验小磨中粉磨20min。过0.08mm 方孔筛，然后分别进行性能测定。水泥凝结时间测定依据GB1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，水泥胶砂强度试验依据GB/T17671-1999 《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》 ，水泥细度检验依据GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》，比表面积测定依据GB/T 8074-2008《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》，水泥粒度分布采用FAM 激光粒度测试仪测定。为方便起见，我们分别将水泥进行编号，如表2 所示。其中第一组试样为1 号试样，代表普通硅酸盐水泥；第二组试样为2 号试样，代表矿渣水泥；第三组试样为3 号试样，代表粉煤灰水泥。

表2 水泥配比以及助磨剂掺量

3 结果与讨论

3.1 细度

水泥细度可以从筛余、比表面积、颗粒级配、平均粒径等几方面进行表征。但相对比较准确且最能反映水泥细度全貌的是颗粒级配和平均粒径。表3 是水泥粉体中的有效颗粒含量和中位径值。

从表3 可以看出，加入助磨剂后，对水泥强度起决定作用的3 ～32μm 颗粒的含量增加，水泥的中位径减小。这说明粉体中小颗粒的含量增多了，大颗粒相对减少，粒度分布更加合理。此外，还可以发现，助磨剂不同，对同种水泥的粒度影响也不一样，或者说助磨效果不同。YHT-030 型、YHT-102 型、YHT-130 型助磨剂对1 号和3 号水泥的助磨效果较好，JY 助磨剂对试验所选得三种水泥均有较好的助磨效果。也就是说，助磨剂与水泥品种之间存在一定的匹配关系。掺加合适的助磨剂后，可以使水泥的粒度分布更加合理。

表3 水泥粒度分布

3.2 净浆流动度

水泥净浆流动度的影响因素很多，包括熟料矿物组成、外加剂、混合材品种和掺量、石膏品种、粉磨工艺和水泥细度等；在试验条件一定时，所得产品颗粒越细，助磨剂的助磨效果越好，水泥净浆流动度越小。表4 是三种水泥与不同助磨剂匹配后的净浆流动度数值。

表4 净浆流动度

由表4 可以看出，添加助磨剂以后，对于各品种水泥的净浆流动度都有不同程度的提高。YHT-030、YHT-102 和YHT-130 型助磨剂对普通硅酸盐水泥和粉煤灰水泥的助磨效果非常明显，但是对矿渣水泥的助磨效果不明显。JY 助磨剂对矿渣水泥的助磨效果明显，但对于普通硅酸盐水泥和粉煤灰水泥的助磨效果一般。由此进一步说明，助磨剂与水泥品种之间确实存在一定的适应性。对于一定品种的水泥，加入合适的助磨剂可以明显提高水泥的净浆流动度，否则效果不明显。

3.3 水泥胶砂强度

影响水泥胶砂强度的因素很多，例如：水泥熟料强度、熟料配比、混合材种类和活性等。但对于一定品种的水泥，在粉磨过程中采用助磨剂是提高水泥强度的有效途径之一。表5 分析比较了加入不同助磨剂的试样与空白试样的抗折和抗压强度变化情况。

由表5 可以看出，助磨剂的加入，可以改善水泥的抗折和抗压强度。但助磨剂与水泥品种之间存在一定的匹配关系。YHT-030 型助磨剂对1、2、3 号水泥的早期强度提高较明显，而对后期强度提高不是很明显；YHT-102 型助磨剂对粉煤灰水泥和矿渣水泥的强度影响比较明显，对普通硅酸盐水泥的强度影响不大； YHT-130 型助磨剂对普通硅酸盐水泥和矿渣水泥的强度影响比较明显，对粉煤灰水泥的强度影响不大； JY助磨剂对粉煤灰水泥、矿渣水泥和普通硅酸盐水泥的强度影响都比较明显。由此可以看出，助磨剂与水泥品种之间存在一定的匹配关系。适宜的助磨剂能够明显提高水泥的抗折和抗压强度。

表5 水泥强度 MPa

3.4 密度

在粉磨工艺一定时，水泥密度在一定程度上能够反映水泥粉体的颗粒大小。对研究助磨剂与水泥之间的适应性有一定的贡献。表6 是5 个代表性试样的密度测定值。

表6 水泥密度

由表6 可知，加入助磨剂之后，水泥密度均未发生改变。根据紧密堆积原理，粉体颗粒在堆积的过程中表现为大颗粒做堆积，小颗粒填充空隙。因此，助磨剂的加入虽然改变了颗粒的粒径分布，使得颗粒的粒径分布变窄，大颗粒和小颗粒数量减少，中间尺寸颗粒数量变大，但总的堆积结果跟未掺加助磨剂的水泥颗粒效果近同，也就是说各种助磨剂的加入对水泥的密度均不产生影响。

3.5 凝结时间

水泥凝结时间分为初凝和终凝。为保证工程施工的顺利进行，国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不早于45 分钟，终凝时间不迟于6.5 个小时。其它水泥的终凝时间不得迟于10小时。表7 是加入助磨剂后水泥的凝结时间变化情况。

表7 水泥的凝结时间

由表7 可以看出，助磨剂的加入对凝结时间影响不大，一般略有减少，但是效果不是很明显，规律性也不是很强。这与文献[2]的结论是一致的。导致这种现象的形成可能有两方面的原因。一方面助磨剂的加入可能会在水泥颗粒的周围附着一层油膜，阻止其水化，使得凝结时间变长；另一方面助磨剂的加入，水泥细度变小，比表面能增大，导致水泥的水化速度加快，凝结时间变短。

综上所述，助磨剂与水泥之间确实存在一定的匹配关系。适宜助磨剂的加入，可以明显改善水泥的粒度分布，提高有效颗粒（3～32μm）含量，水泥中位径向小颗粒方向移动；提高水泥的净浆流动度；改善水泥胶砂强度。相反，如果助磨剂使用不当，则水泥的性能改善不明显，却空增了水泥的生产成本。但无论选用何种助磨剂，对水泥的性能都不会带来明显的负作用。

4 结论

助磨剂与水泥品种之间存在一定的适应性。适宜的助磨剂可以改善水泥粉体的颗粒分布，提高水泥的净浆流动度、胶砂强度等性能。

[1]徐日昌、彭春元等.水泥熟料复合助磨剂的研究[J].材料学报，2006，15（4）：6-10

[2]郑少华，王本语，赵旭光.助磨剂在水泥粉磨中的作用及对产品性能的影响[J].水泥.1994，(7):1-4