高效减水剂对水泥熟料的助磨作用及与水泥熟料相容性问题的探讨
    摘要:研究了不同类型的高效减水剂对水泥熟料的助磨作用,并进一步探讨了不同水泥熟料与高效减水剂之间的相容性问题。结果表明,高效减水剂对水泥熟料具有不同程度的助磨作用,作用的大小与减水剂掺量及熟料自身物料特性有关;高效减水剂与水泥熟料之间存在相容性问题,同一种水泥熟料与不同减水剂、同一种减水剂与不同水泥熟料之间的适应性不同。采用内掺高效减水剂的方法既改善了水泥熟料的易磨性,又增强了减水剂与水泥熟料的相容性,减水效果增加,流动度损失减小:
  关键词:高效减水剂;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
  各种高效减水剂实质上都是不同类型的表面活性剂,在水泥粉磨时加入可以起到分散、助磨物料等作用:国外许多学者通过在水泥粉磨时加入减水剂及其它物质生产出了低需水性水泥,既改善了混凝土的流动性,又增加了水泥粉磨效率。目前韩国、新加坡等国家生产水泥时,多在粉磨时掺人一定量的减水剂,用以助磨和改善需水性。
  本文研究了2种高效减水剂对2种水泥熟料的助磨作用及其相容性,观察了不同高效减水剂在不同掺量时熟料细度及比表面积的变化情况,内掺(减水剂在熟料粉磨时加入)及外掺高效减水剂对水泥净浆初始流动度及lh流动度损失的影响。
  1试验材料与试验方法、仪器
  1.1 试验材料   
  1.1.1 水泥熟料和石膏   本试验采用预分解窑熟料YS和立窑熟料BD,使用了相同的二水石膏,掺量为4% ,它们的化学成分见表1。
  1.1.2 高效减水剂
  HS:三聚氰胺系高效减水剂 产地:江苏   DN:萘系高效减水剂 产地:天津

  1.2 试验方法、仪器
  所有熟料破碎至全部通过3.2mm筛,经过缩分,选取一定量的熟料和石膏、减水剂一起在305mm*305mm 实验磨中粉磨相同时间,测量所得水泥熟料的细度、比表面积、标准稠度用水量、凝结时间和物理强度,比较不同熟料在不同减水剂及掺量下的相对易磨性和物理性能的变化。
  水泥净浆扩散度试验按GB8077进行,采用微型坍落度仪测定静态下浆体的扩散直径。净浆的水胶比经试验选择为0.35,通过测定加水后5min的初始流动度F5和静置1h后浆体的流动度F60,比较不同熟料与高效减水剂的相容性的差异。
  2 试验结果与讨论
  2.1 高效减水剂对水泥熟料的助磨作用   2.1.1 高效减水剂对水泥熟料易磨性的影响   把熟料BD、YS分别和石膏、高效减水剂HS、DN(配成浓度为50%的溶液,按一定的比例滴加到熟料上,本文的减水剂掺量都是指减水剂溶液的掺量)一起在实验磨中粉磨相同时间,测得水泥熟料的80um筛余和比表面积。2种高效减水剂对BD、YS熟料粉磨细度的影响分别见图1、图2。


  从图l可以看出,随高效减水剂掺量的增加,起初熟料的8Oum筛余值的下降和比表面积增加都比较明显,当掺量增加到0.2%时变化不再明显。掺量超过0.5% 时,水泥的细度又逐渐变粗,比表面积也逐渐减小。掺量继续增加,达到2%时水泥的细度比空白熟料还要粗,比表面积也大大降低。所以只有在合适的掺量下(0.2% ~0.5%)高效减水剂才能有较好的助磨效果。在掺量相同的情况下,BD熟料掺HS比掺DN有更小的筛余和更大的比表面积,因此减水剂HS比DN对BD熟料的助磨效果要好一点。
  由图2可见,2种减水剂在一定掺量范围内(0.2%~0.5% )对YS熟料也有一定的助磨作用,但相对BD熟料效果并不明显。减水剂掺量在此范围内变化时对YS熟料的80um筛余值的影响程度要大于比表面积。掺量再大时YS熟料的细度也开始变粗,比表面积下降。同时还可以看出,2种减水剂对YS熟料的助磨作用几乎相同。
  2.1.2 高效减水剂对水泥熟料物理性能的影响
  在相同的水灰比下(0.44),高效减水剂的掺入对水泥熟料物理性能的影响如表2。

  从表2可以看出,对于HS和DN2种高效减水剂,掺量小于1%时对2种熟料的标准稠度用水量几乎没有多大的影响,当掺量达到1%时用水量开始明显的下降,说明1% 为2种减水剂掺量的临界值。高效减水剂内掺对水泥熟料的凝结时问及抗折强度没有明显的影响。对于抗压强度,2种减水剂使BD熟料的早期和后期强度都有2~3MPa的提高,而对YS熟料的强度没有明显影响。
  2.1.3 高效减水剂的助磨作用分析  
  减水剂的助磨作用主要是通过分散物料、增大物料流速,防止了过粉磨现象的发生,同时它们吸附在熟料颗粒微裂纹的表面,阻止熟料颗粒的重新愈合,帮助裂纹的扩展,有利于粉碎的继续进行。要注意的是减水剂的掺量有一个明显的上限,超过此值,不但不起助磨作用,反而使水泥熟料的细度变粗。
  2.2 水泥熟料与高效减水剂的相容性

影响高效减水剂与水泥之间的相容性的因素很多,这里只讨论内掺及外掺高效减水剂时对水泥熟料适应性的影响。为了便于对比,试验时确保所有内掺及外掺水泥熟料试样具有相同的比表面积,控制在(330±10)㎡/kg。
  2.2.1 DN减水剂与水泥熟料的相容性

  一般说来,在水灰比一定时,水泥净浆流动度随高效减水剂的掺量增加而增加,达到某一掺量时流动度迅速增加,此时的减水剂掺量称为临界值:当掺量达一定剂量后水泥浆体的流动度不再增加或增加很小,此时的减水剂掺量称为饱和点。试验中减水剂掺量选定在临界值与饱和点之问进行研究:图3是2种磨细熟料按W/C=0.35加水拌和时,外掺及内掺DN减水剂后水泥熟料浆体的流动度变化的实验结果.

  由图3看出,BD熟料与减水剂DN的相容性要好于YS熟料,因为不论是外掺还是内掺,相同掺量时BD熟料浆体流动度更大。DN外掺时,2种熟料的初始流动度F5随掺量的增大而增大,但流动度经时损失比较明显,1h后2种水泥熟料浆体的流动度F60下降幅度较大。DN内掺时,2种熟料不仅初始流动度比外掺时有一定的提高,而且流动度经时损失也明显减小,1h后浆体仍具有较高的流动度。内掺使2种熟料与DN的适应性都有不同程度的改善。
  2.2.2 HS减水剂与水泥熟料的相容性
  图4是HS减水剂与2种熟料相容性的试验结果,可见,HS外掺时,在相同的水灰比下虽然比掺DN减水剂时有更高的初始流动度,但流动度损失更加明显。1h之后BD熟料的流动度随Hs掺量的增加几乎不再变化,YS熟料则当HS掺量大于1.5% 时流动度反而减小,说明HS与2种水泥熟料的适应性都比较差。内掺时,HS与水泥熟料的相容性有明显的改善,除初始流动度比外掺时稍有增加外,流动度经时损失大为减小,lh后2种水泥熟料浆体仍具有相对较高的流动性。再次表明减水剂的内掺使水泥熟料与之相容性有显著的改善。

  2.2.3 相容性的因素分析
  有研究表明,水泥与高效减水剂的适应性与其对高效减水剂的吸附量有关。吸附量与其水化产物的数量和表面性质有关,因为新生的水化产物比水泥颗粒具有非常高的比表面能。而水化产物的数量取决于各单矿的水化速率。水化越快,产生的水化产物越多,吸附量就越大,相容性就越差。同时水化产物对高效减水剂的吸附有一个过程,只要可以减缓吸附速度就可以提高它与水泥的相适应性。
  首先从水泥熟料矿物组成来看,含铝相数量及总碱量对相容性有明显的影响。含铝相C3A、C4AF含量越低,总碱量越低,相容性就越好。其中,C3A的影响比C4AF大的多,因为熟料矿物中C3A的水化速度最快,高效减水剂优先吸附于C3A或其水化产物的表面,从而使水中游离减水剂的浓度下降,降低了分散作用。同时造成水泥浆体形成过早的骨架结构,降低了流动性。从表1中可以看出,BD熟料矿物中C3A及碱含量要明显低于YS熟料,所以与2种减水剂有更好的相容性。
  其次从高效减水剂的种类上来说,高效减水剂几乎都是一类聚合电解质及表面活性剂,它们对水泥及混凝土主要是分散作用、化学一力学作用及对水泥初期水化的抑制作用。但它们自身的结构有较大的差别,HS减水剂对水泥熟料的早期强度有一定的促进作用,从而也加速了水泥浆体流动度的经时损失,与水泥熟料的相容性更差。
  最后从添加方法上讲,内掺法的物料在共同粉磨的过程中,在水泥颗粒表面形成一层较为稳定的减水剂膜层,一方面,能够使磨内粉料分散,提高粉磨效率;另一方面,水泥熟料颗粒在水化时,打开这种膜层需要一定的时间,能够延缓减水剂在新生水化产物表面的吸附速度,使流动度的经时损失减小:同时由于在加水前减水剂已经充分分散在水泥熟料颗粒表面,使浆体的初始流动度有所增大。因此,减水剂的内掺能够在很大程度上改善水泥熟料与高效减水剂之间的相适应性。
  3 结论
  1)在一定的掺量范围内(0.2% ~0.5%),高效减水剂对水泥熟料有不同程度的助磨作用:但超过一定掺量时,反而不利于粉磨过程的进行。
  2)高效减水剂与不同水泥熟料之问有一定的相容性。能够加速水化速度的因素如C3A及碱含量高的水泥熟料与减水剂之间的相容性变差。减水剂的内掺比外掺更有利于提高相容性。
  3)减水剂内掺量超过某一限值时反而对水泥熟料的粉磨不利,所以在实践操作中,可以根据工程的实际需要,采用首先在水泥粉磨时掺入适量减水剂以提高粉磨效率和增加与水泥的相容性,其余部分在施工时加入的方法。
  参考文献:   
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    收录时间:2016年11月22日 02:24:17 来 源:中国混凝土网作者:姚丕强
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