翟一礴 赵丽佳 房延凤 郭妍妍 丁向群
沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110168
摘要：目的：研究改性醇胺型复合助磨剂对硅酸盐水泥细度的影响，分析不同助磨剂在不同掺量下对硅酸盐水泥细度的影响规律。方法采用改性醇胺复配无机盐的方式，自制液体助磨剂，测定硅酸盐水泥的0.045mm筛余量、比表面积、颗粒分布等性能。结果：三种助磨剂均能不同程度提高粉磨效率，增大水泥比表面积、并且水泥的粒度分布发生相应变化，具体表现为3μm-32μm颗粒含量明显增加。
关键词:改性醇胺；助磨剂；硅酸盐水泥；粉磨效率
1 引言
众多助磨剂生产厂家在研发针对各种物料的助磨剂，但是助磨效果却良莠不齐，在助磨剂的研究与应用中仍然存在着诸多问题：（1）在水泥粉磨过程中，由于物料成分的不同，使助磨剂对水泥种类、甚至对相同水泥的助磨作用都具有不同影响，部分助磨剂的适应性极差，易产生过粉磨现象，不利于实际应用；（2）市售优质助磨剂中助磨组分往往性价比较低，其中作为助磨剂常用组分的三乙醇胺，目前市售价格在12000元每吨，成本较高，将进一步压缩水泥厂的利润；（3）对助磨剂机理研究不透彻，仅将助磨剂作为普通外加剂使用，并未对其原理有着深入分析研究。针对以上问题，我国高等院校，科研院所，水泥生产企业，助磨剂厂家对水泥助磨剂的研究逐渐深入，适应性强，价格低廉的助磨剂已经成为研究的热点。
本文采用改性醇胺作为助磨剂主要成分，研究其对硅酸盐水泥细度、粒度分布的影响规律，并对助磨剂影响水泥颗粒粒度原因进行分析。
2 原材料及实验方法
实验所用水泥熟料、脱硫石膏、水渣、石灰石、炉渣、矿粉来自亚泰集团辽宁富山水泥有限公司，实验用砂为中国ISO标准砂，实验用水为纯净水，选取改性醇胺作为助磨剂主要组分分别自制三种助磨剂。
将所需物料进行烘干处理、将熟料、脱硫石膏、水渣、石灰石、炉渣、外掺矿粉按照质量比70.5%、4.5%、5.7%、9%、10.3%、13.6%配制成硅酸盐水泥原料。随机取样5kg上述原料，装置于SM-500型球磨机进行粉磨，粉磨时间为25min。在粉磨之前，助磨剂按掺量洒在部分物料表面，并进行充分搅拌均匀后，再投入剩余物料继续进行充分搅拌和粉磨。
3 结果与分析
3.1 助磨剂对水泥细度的影响
将三种助磨剂分别以0.05%、0.1%、0.15%掺量掺入并粉磨而得的硅酸盐水泥，与未掺任何助磨剂的对照组进行比表面积和0.045mm筛余量实验，研究助磨剂对水泥细度的影响规律。实验结果如图1所示。
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图1 各助磨剂掺量对水泥细度的影响
从图1中可以看出，加入助磨剂使硅酸盐水泥的比表面积增加。随着助磨剂A掺量的增加，水泥比表面积先减少后增加，其中试样A3与空白组相比提高幅度为10%；助磨剂B、C的掺量与水泥比表面积成正相关，其中助磨剂B的掺量为0.15%时，硅酸盐水泥的比表面积最大，为375m2/kg；助磨剂C与空白组S0相比，比表面积提高增幅为5.5%～8.9%。其原因为：改性醇胺中含有-OH和-NH2,可以吸附在水泥颗粒的表面，使水泥中不饱和价键达到平衡，并控制细小颗粒的聚集；同时改性醇胺表面活性强，改变了水泥粉体的透气性，进而增大水泥比表面积，提高了粉磨效率。
同时可以看出，加入助磨剂后，硅酸盐水泥0.045mm筛余量均有所下降，随着助磨剂掺量的增加，0.045mm筛余量逐渐降低。助磨剂B对0.045mm筛余量改善效果尤为明显，试样B3的筛余量与空白组相比，筛余量绝对值降低了2.5%。
3.2 助磨剂对水泥粒度分布的影响
水泥粒度分布是表示水泥颗粒尺寸分布情况的重要参数。本文采用马尔文公司生产的MS3000型激光粒度分析仪对粉末样品进行粒度分析测试，实验结果如表1所示。
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由表2可以看出，掺加助磨剂后粉磨的水泥样品，粒径分布发生了变化并获得了明显的改善。与空白组实验相对比，粒度范围在0μm～3μm、≥32μm颗粒数量明显减少，粒度范围在3μm～32μm水泥颗粒含量增加；随着助磨剂掺量的增加，3μm～32μm水泥颗粒含量先增加后减少，3μm～-32μm颗粒平均体积增加达3.6%。综合分析可知，助磨剂C的效果最佳，助磨剂A效果相对较差。
在粉磨过程中，物料细度达到一定程度后，水泥颗粒也会达到一定细度，在加入助磨剂容易产生过粉磨现象，使细颗粒含量不增加反而减少。因此，助磨剂掺量并不会与3-32μm颗粒含量成正相关。但助磨剂掺量在0.1%时，水泥颗粒含量达到了57.96%、58.02%、58.65%。与此同时，32μm以上做为填充物的颗粒含量均减少。这充分说明了，加入助磨剂后颗粒分布变窄，颗粒向着对强度影响最大的3μm～32μm颗粒含量方向聚集。其原因为改性醇胺型复合助磨剂能有效减少水泥熟料粉磨过程中微小气泡的生成，进而减少水泥表面的微小孔道，使得水泥颗粒表面更加均匀，可以有效改善硅酸盐水泥颗粒分布。此外，醇胺中的有机酸分子链的官能团较多，可以吸附断裂细纹的活性点，中和不饱和电价，降低自由能，并且可以渗透到细小的颗粒裂缝中，减小静电作用，使水泥颗粒分布更为合理适当。
4 结论
4.1 改性醇胺型复合助磨剂的掺入使硅酸盐水泥比表面积得到提高，其中助磨剂B的掺量为0.15%时，硅酸盐水泥的比表面积最大，为375m2/kg。
4.2 随着改性醇胺型复合助磨剂掺量的增加，0.045mm筛余量逐渐降低，以助磨剂B表现最为明显当掺入助磨剂B时，筛余量绝对值与空白组相比降低了2.5%。
4.3 改性醇胺复合助磨剂对水泥颗粒的粒度分布具有一定的改善作用，尤其对3μm～32μm颗粒含量的增加具有显著影响。当助磨剂掺量为0.1%时，助磨剂掺入后3μm～-32μm颗粒含量最高可达58.65%。
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基金项目：辽宁省自然科学基金（20180550092）国家自然科学基金（51678374）