不同助磨剂对水泥熟料性能的影响

陈 涛，丁苹苹，任雯雯，崔培强

（1.锡林浩特市交通局，锡林浩特 026000；2.锡林浩特养路工区，锡林浩特 026000；3.二连浩特市边防公路机械化养护队，二连浩特 012600；4.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070）

已有的研究结果表明，在水泥物料的粉磨过程中加入少量的外加剂（气体、液体或固体的物质）可以显著提高粉磨效率、降低能耗且不影响水泥性能。通常把这类掺入水泥物料中的化学外加物质统称为水泥助磨剂。目前，国内研究和使用的水泥助磨剂多为复合型助磨剂。为更好的适应熟料质量及性质、混合材品种及性质、磨机规格及性能、产品性能要求等的变化，助磨剂应向高效型、复合型、质量改进型方向发展。

为考察不同品种的助磨剂对水泥综合性能的影响，通过对掺入助磨剂以后的水泥样品进行3d、28d抗压、抗折强度等试验来检测水泥的物理性能，并通过扫描电镜检测评价助磨剂对水泥水化效果的影响。

1 原材料与试验设计

1.1 原材料性能

1）水泥熟料 试验用水泥熟料的化学成分见表1。

表1 水泥熟料的化学主成分分析 w/%

2）标准砂 采用的厦门艾思欧标准砂有限公司生产的标准砂，视密度为2.639g/cm3，标准砂颗粒筛分结果见表2。

表2 试验用标准砂颗粒筛分结果

3）助磨剂 试验采用4种助磨剂，1号为乙二醇，2号为糖蜜，3号为三异丙醇胺，4号为三乙醇胺。下文中出现的助磨剂编号分别对应上述助磨剂，其中0号为不掺任何助磨剂的空白样。试验中各助磨剂按内掺法掺加，掺量均为500g/t。

1.2 试验设计

1）水泥试样的混合与制备 采用QM－500型球磨机进行水泥熟料与助磨剂的掺配粉磨，每组试样15 kg，按内掺法计算好各种材料的掺配质量，先用人工将水泥熟料与助磨剂初步混合拌和，大致翻拌均匀后转入球磨机中进行二次精磨，精磨时间为60min。磨制完毕的样品用防水防潮的牛皮纸袋封装保存备用。

2）水泥试件的制备与力学性能测试按照水泥胶砂试块的抗折强度和抗压强度试验规程，采用磨制完成的水泥料分别进行其抗压、抗折标准试件的制备，水泥胶砂成型所用的模具为40mm×40mm×160mm三联试模，净浆试块成型所用模具为20mm×20mm×20mm六联条形模。胶砂试块和净浆试块成型后进行标准养护，然后测定3d和28d强度。每次拌合胶砂的材料量见表3（水泥、标准砂、水的质量比为2∶3∶1），净浆试块成型时的用水量为水泥标准稠度用水量。

表3 拌合胶砂所用材料量

3）微观测试 取出用无水乙醇中止水化的水泥浆体断裂碎块，在40℃下干燥至恒重，然后用JSM－5610LV型扫描电镜观察水化产物。

2 试验结果与讨论

2.1 力学性能测试

1）水泥抗折试验 采用DKZ－5000型电动抗折试验机分别对5组试件进行3d和28d抗折强度试验，具体试验结果见图1。

从图1可以看出对于水泥砂浆的3d抗折强度而言，所有加入助磨剂的试样抗折强度与标准样相比相差不大，但略有上升。其中1号和4号样的抗折强度高于标准样，分别为0.33MPa和0.38MPa，增幅在9.5%左右，这主要是因为这两种助磨剂的助磨效果相对而言明显一些，使0～30μm颗粒的含量增加，从而起到了增强的作用。相对而言，2、3号助磨剂的掺入均对水泥的3d抗折强度影响最为不明显。

对于水泥砂浆的28d抗折强度而言，所有试样与标准样相比都相差不大，其中4号试样的增长值最大，28d抗折强度高出标准样0.4MPa，增强比例为5.5%，再次说明4号样品的助磨效果很好，增加了细颗粒的数量。增长值最小的为2号样，比标准样高0.24MPa，增强比例为0.76%。

2）水泥抗压试验 采用TYE－300电脑全自动水泥压力机分别对5组试件进行3d和28d抗压强度试验，具体试验结果见图2。

从图2可以看出对于水泥砂浆的3d抗压强度而言，所有加入助磨剂的试样抗压强度与标准样相比均有不同程度的上升，其中4号样的3d抗压强度高于标准样幅度最大，高出数值为2.87MPa，增强比例在16.3%左右，这主要是因为4号助磨剂的助磨效果好，进一步增加了0～30μm的颗粒含量，从而起到了增强的作用。2号影响最小，增强强度值0.48MPa，仅占标准样抗压强度的2.7%。相对而言，1、3号助磨剂的掺入均对水泥的3d抗压强度影响不是很明显。

对于水泥砂浆的28d抗压强度而言，所有试样与标准样相比强度都有增大，其中4号试样的28d抗压强度相对于标准样增强效果最为明显，高出3.05MPa，增强比例为8.8%，增强效果最差的为3号样，比标准样高0.29MPa，增强比例为0.8%。1号和2号助磨剂对水泥的28d抗压强度影响情况不明显，即这4种助磨剂对水泥砂浆28d抗压强度的影响在0.8%～8.8%之间。

2.2 水泥水化产物SEM显微照片

针对前期的所有试验基本可以肯定在所有助磨剂当中，4号助磨剂对水泥综合性能的不利影响是最小的，还提高了水泥的抗折和抗压强度，综合考虑，特取4号试样拍摄SEM显微照片，以观察其水化产物，来确定其微观结构是否可以投入生产运用。

图3为4号水泥样品的净浆3d水化产物SEM照片。从图3中可以清楚的看到板状的C－S－H凝胶相数量较多，结晶完整，晶体结构致密，凝胶相中空隙少，另外可以看到水化产物连结紧密，周围的相由化学键和物理作用力结实的结合成为一个整体，水泥硬化浆体中各晶体发育完整，晶粒粗大，整个结构致密，空隙少。

图4为自配水泥空白样的净浆3d水化产物SEM照片。从图4中可以看出，标准样净浆试块的水化产物中空隙较多，结晶致密度不如加入了助磨剂后的水泥。

以上的分析说明，掺入4号助磨剂后的水泥水化产物发育良好，水化产物的排布结构致密，水泥水化产物和混合料的结合紧密，这些都会带来水泥的高强度，这与前面有关的水泥强度高的结论是一致的。

3 结果与讨论

a.助磨剂对水泥强度影响不同，4种助磨剂对水泥各龄期抗折、抗压强度都有一定程度提高，其中三乙醇胺助磨剂对水泥强度产生有利影响最为明显。

b.三乙醇胺助磨剂的加入有利于水泥的水化，使其结构更加紧密，缝隙减少。

［1］ 高建荣.水泥助磨剂疑惑解析［J］.水泥，1997（6）：12－14.

［2］ 卢迪芬，曾维平，魏诗榴.水泥工业中助磨剂的开发与应用［J］.水泥，1900（5）：29－31.

［3］ 蔡安兰，江朝华，严 生，等.助磨剂对普通硅酸盐水泥性能的影响及作用机理［J］.南京化工大学学报，2001，23（1）：50－53.