CN104829152A - 一种高碱水泥助磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学建材领域，具体涉及一种高碱水泥助磨剂及其制备方法，所解决的技术问题是提供一种高碱水泥助磨剂，可改善高碱水泥早期水化过快导致混凝土早期易开裂，混凝土后期强度不高等问题。该高碱水泥助磨剂包括助磨组分、凝胶晶种改善剂、助剂；按重量百分比计为：助磨组分80％-95％、凝胶晶种改善剂1％-10％、助剂0.5％-10％；其中，助磨组分为醇胺类助磨剂，凝胶晶种改善剂为C-S-H凝胶晶种改善剂。在相同粉磨时间内可使水泥比表面积增加11-25m²/Kg，45um筛余减少3-6％，凝结时间延长20-30min，干缩率均小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加10％-15％。

Description

一种高碱水泥助磨剂及其制备方法

技术领域

本发明属于化学建材领域，具体涉及一种高碱水泥助磨剂及其制备方法。

背景技术

高碱水泥是指碱含量(Na₂O+0.658K₂O)超过0.8％的水泥。高碱水泥是建筑物耐久性、安全性的巨大潜在威胁，是水泥行业长久未能有效解决的技术难题。水泥中碱含量过高会对水泥、混凝土性能产生一系列危害，包括：①过度地加速水泥早期水化速率，提高水泥的早期水化热，从而增加混凝土温度应力，加大混凝土早期和后期开裂风险；②导致水泥C-S-H凝胶形貌变差，降低水泥后期和长期强度，降低混凝土耐久性；③加大水泥早期收缩，增加混凝土早期开裂风险；④使水泥与减水剂相容性变差、使混凝土保塑性变差。改善高碱给水泥带来的危害，可采用的技术措施有：①降低水泥原料的碱含量；②采用旁路放风。采用降低水泥原料的碱含量，目前尚没有对原料除碱的措施，只能重新选择原料矿山，但是大型水泥厂每天的原料用量高达数千吨至数万吨，对重新选择原料矿山的运距非常敏感。采用旁路放风则会显著增加煤耗，增加环境负荷。上述解决措施仅在技术上或实验室可行，但受到运费、煤耗和环保的限制，实际上无法实施。为此，本申请的发明人欲提供一种高碱水泥专用助磨剂，用于消除或减弱高碱水泥的诸多危害。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种高碱水泥助磨剂，可改善高碱水泥早期水化过快导致混凝土早期易开裂，混凝土后期强度不高等问题。

本发明提供的高碱水泥助磨剂，包括助磨组分、凝胶晶种改善剂、助剂；按重量百分比计为：助磨组分80％-95％、凝胶晶种改善剂1％-10％、助剂0.5％-10％；其中，所述助磨组分为醇胺类助磨剂，所述凝胶晶种改善剂为C-S-H凝胶晶种改善剂。

上述技术方案中，所述醇胺类助磨剂结构式如式Ⅰ，其中R₁、R₂、R₃为-CH₂-CH₂-，或为

上述技术方案中，所述C-S-H凝胶晶种改善剂结构式如式Ⅱ，其中R为烷基链，可采用-CH₂-，-CH₂-CH₂-。

上述技术方案中，本发明采用的醇胺类助磨剂是以氨水与环氧乙烷，环氧丙烷反应制备得到。所述醇胺类助磨剂优选采用乙醇异丙醇胺；进一步优选，采用二乙醇单异丙醇胺或乙醇二异丙醇胺。

本发明采用的C-S-H凝胶晶种改善剂为羟基羧酸钠，可改善水泥水化产物形貌，使水化产物更密实。进一步的，所述羟基羧酸钠优选羟基乙酸钠。

上述技术方案中，所述助剂为乙二醇和/或十二烷基硫酸钠。

当助剂为乙二醇和十二烷基硫酸钠时，高碱水泥助磨剂按重量百分比计为：

助磨组分80％-95％、凝胶晶种改善剂1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％；

进一步的，当所述助磨组分为乙醇异丙醇胺，所述凝胶晶种改善剂为羟基羧酸钠时，按重量百分比计为：

乙醇异丙醇胺80％-95％，羟基羧酸钠1％-10％，乙二醇0.5％-5％，十二烷基硫酸钠0.5％-5％

再进一步优选的，当所述乙醇异丙醇胺为二乙醇单异丙醇胺，所述羟基羧酸钠为羟基乙酸钠时，按重量百分比计为：

二乙醇单异丙醇胺80％-95％、羟基乙酸钠1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％。

再进一步优选的，当所述乙醇异丙醇胺为乙醇二异丙醇胺，所述羟基羧酸钠为羟基乙酸钠时，按重量百分比计为：

乙醇二异丙醇胺80％-95％、羟基乙酸钠1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％。

本发明高碱水泥助磨剂的制备方法如下：将凝胶晶种改善剂、助剂加入助磨组分中混合均匀即得。

本发明的有益效果：

(1)在同样条件下，水泥28d胶砂强度增加10％-15％。

(2)羟基羧酸钠为水化硅酸钙凝胶种改善剂，改善水泥水化产物形貌，使水化产物更密实。

(3)助磨组分乙醇异丙醇胺可同时提高水泥早期和后期强度，而传统方法是通过三乙醇胺提高水泥早期强度，三异丙醇胺提高水泥的后期强度。

(4)适量的乙二醇可增加助磨剂的抗冻性，十二烷基磺酸钠的加入可改善水泥粉体的流动性和保水性，以及与减水剂的兼容性。

综上，本发明高碱水泥专用助磨剂工业化简单，投资省；无需蒸馏即得到产品，能够提高粉磨效率，能耗低，节能减排适合中小型企业生产。同时本产品以混合醇胺为原料，方便储存和使用。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，说明但不限制本发明。

空白样

水泥球磨：试验熟料的化学成分见表1，其碱含量为0.98％，远远大于0.8％。所用石膏为脱硫石膏，其二水硫酸钙含量为95.2％，石膏掺量均为5％。

表1 试验材料化学成分(％)

球磨工艺：每次入磨物料5Kg，采用直径为5cm的不锈钢磨球，磨球的填充量为100Kg，磨机的转速为60r/min，不加入助磨剂，粉磨40分钟，得到比表面积为350m²/Kg的水泥，评价制得水泥的保水性及与外加剂的兼容性。

水泥性能见表2，主要性能参数为：水泥比表面积350m²/Kg，45um筛余为15.3％，凝结时间延长160min，干缩率0.008％，水泥28d胶砂强度增加48.0Mpa。

实施例1

高碱水泥助磨剂，由下述成分按重量配制而成：二乙醇单异丙醇胺70％，羟基乙酸钠20％，乙二醇5％，十二烷基磺酸钠5％。配制时，将羟基羧酸钠、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按重量比投入异丙醇乙醇胺中混合均匀后，可得到助磨剂。

将上述制备的高性能复合水泥助磨剂用于水泥球磨。试验熟料及石膏同空白样。在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，相较空白样，水泥比表面积增加15m²/Kg，45um筛余为10.4％，凝结时间延长25min，干缩率小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加7.5Mpa。

在水泥粉磨过程中加入熟料重量的该高性能复合水泥助磨剂0.05％，粉磨至350m²/Kg比表面积所需时间缩短为30分钟，节省粉磨时间25％，证明该本发明复合助磨剂可起到良好的助磨作用，且制得水泥的保水性、流动性及与外加剂的兼容性好，水泥的3天和28天抗折、抗压强度均有所提高，水泥性能见表2。

二乙醇单异丙醇胺具有很强的助磨效果，可同时提高水泥3天强度和28天强度。加入适量羟基乙酸钠可改善C-S-H凝胶的形貌，进一步提高水泥28天强度。因此，本实施例将二乙醇胺单异丙醇胺与羟基乙酸钠合理搭配，不仅提高水泥3天早期强度，而且也可提高水泥28天强度。

发明人试制时发现，将二乙醇胺单异丙醇胺与羟基乙酸钠搭配使用，有很强的助磨和提高强度效果。但其不足之处在于，羟基乙酸钠价格过高，且较高的掺量影响与减水剂的和易性，所得水泥的保水性较差。因此本实施例再复合了适量的十二烷基硫酸钠，在粉磨过程中在水泥颗粒表面吸附一层表面活性剂，以改善水泥的流动性。由于二乙醇胺单异丙醇胺凝固点为31.5℃，故加入乙二醇，以改善其抗冻性。

发明人利用助磨剂中各组分相互协同配合，使得该助磨剂不仅具有很好的助磨作用，且所制得水泥具有较高的3天、28天强度，水泥的保水性、流动性好，水泥与外加剂兼容性好。

实施例2

高碱水泥助磨剂，由下述成分按重量配制而成:二乙醇单异丙醇胺80％，羟基乙酸钠10％，乙二醇5％,十二烷基磺酸钠5％。配制时，将羟基羧酸钠、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按重量比投入异丙醇乙醇胺中混合均匀后，可得到助磨剂。

将上述制备的高性能复合水泥助磨剂用于水泥球磨。试验熟料及石膏同空白样。

在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，相较空白样，水泥比表面积增加18m²/Kg，45um筛余为11.5％，凝结时间延长28min，干缩率小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加4.3Mpa。

在水泥粉磨过程中加入熟料重量的该高性能复合水泥助磨剂0.05％，粉磨至350m²/Kg比表面积所需时间缩短为32分钟，节省粉磨时间20％，证明该复合助磨剂可起到良好的助磨作用，且制得水泥的保水性、流动性及与外加剂的兼容性好，水泥的3天和28天抗折、抗压强度均有所提高，水泥性能见表2。

实施例3

高碱水泥助磨剂，由下述成分按重量配制而成:二乙醇单异丙醇胺85％，羟基乙酸钠5％，乙二醇5％，十二烷基磺酸钠5％。配制时，将羟基羧酸钠、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按重量比投入异丙醇乙醇胺中混合均匀后，可得到助磨剂。

将上述制备的高性能复合水泥助磨剂用于水泥球磨。试验熟料及石膏同空白样。

在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，相较空白样，水泥比表面积增加23m²/Kg，45um筛余为11.4％，凝结时间延长16min，干缩率小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加5.5Mpa。

在水泥粉磨过程中加入熟料重量的该高性能复合水泥助磨剂0.05％，粉磨至350m²/Kg比表面积所需时间缩短为28分钟，节省粉磨时间30％，证明该复合助磨剂可起到良好的助磨作用，且制得水泥的保水性、流动性及与外加剂的兼容性好，水泥的3天和28天抗折、抗压强度均有所提高，水泥性能见表2。

实施例4

高碱水泥助磨剂，由下述成分按重量配制而成:单乙醇二异丙醇胺70％，羟基乙酸钠20％，乙二醇5％,十二烷基磺酸钠5％。配制时，将羟基羧酸钠、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按重量比投入异丙醇乙醇胺中混合均匀后，可得到助磨剂。

将上述制备的高性能复合水泥助磨剂用于水泥球磨。试验熟料及石膏同空白样。

在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，相较空白样，水泥比表面积增加20m²/Kg，45um筛余为10.0％，凝结时间延长20min，干缩率小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加7.2Mpa。

在水泥粉磨过程中加入熟料重量的该高性能复合水泥助磨剂0.05％，粉磨至350m²/Kg比表面积所需时间缩短为31分钟，节省粉磨时间28％，证明该复合助磨剂可起到良好的助磨作用，且制得水泥的保水性、流动性及与外加剂的兼容性好，水泥的3天和28天抗折、抗压强度均有所提高，水泥性能见表2。

实施例5

高碱水泥助磨剂，由下述成分按重量配制而成:单乙醇二异丙醇胺80％，羟基乙酸钠10％，乙二醇5％，十二烷基磺酸钠5％。配制时，将羟基羧酸钠、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按重量比投入异丙醇乙醇胺中混合均匀后，可得到助磨剂。

将上述制备的高性能复合水泥助磨剂用于水泥球磨。试验熟料及石膏同空白样。

在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，相较空白样，水泥比表面积增加13m²/Kg，45um筛余为10.7，凝结时间延长33min，干缩率小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加7.8Mpa。

在水泥粉磨过程中加入熟料重量的该高性能复合水泥助磨剂0.05％，粉磨至350m²/Kg比表面积所需时间缩短为27分钟，节省粉磨时间33％，证明该复合助磨剂可起到良好的助磨作用，且制得水泥的保水性、流动性及与外加剂的兼容性好，水泥的3天和28天抗折、抗压强度均有所提高，水泥性能见表2。

实施例6

高碱水泥助磨剂，由下述成分按重量配制而成:二乙醇单异丙醇胺85％，羟基乙酸钠5％，乙二醇5％,十二烷基磺酸钠5％。配制时，将羟基羧酸钠、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按重量比投入异丙醇乙醇胺中混合均匀后，可得到助磨剂。

将上述制备的高性能复合水泥助磨剂用于水泥球磨。试验熟料及石膏同空白样。

在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，相较空白样，得到比表面积为350m²/Kg的水泥，评价制得水泥的保水性及与外加剂的兼容性。在同样条件下，粉磨相同时间，掺高性能复合水泥助磨剂0.05％后，水泥比表面积增加18m²/Kg，45um筛余为9.8，凝结时间延长20min，干缩率小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加4.4Mpa。

在水泥粉磨过程中加入熟料重量的该高性能复合水泥助磨剂0.05％，粉磨至350m²/Kg比表面积所需时间缩短为26分钟，节省粉磨时间35％，证明该复合助磨剂可起到良好的助磨作用，且制得水泥的保水性、流动性及与外加剂的兼容性好，水泥的3天和28天抗折、抗压强度均有所提高，水泥性能见表2。

表2 助磨剂的实施例试验结果

综上，采用本发明助磨剂在相同粉磨时间内可使水泥比表面积增加11-25m²/Kg，45um筛余减少3-6％，凝结时间延长20-30min，干缩率均小于0.006％，水泥28d胶砂强度增加10％-15％。显著改善高碱水泥早期水化过快导致混凝土早期易开裂，混凝土后期强度不高等问题。本发明技术简单易行，现场工艺流程改造方便，可行性强，应用前景广。

Claims (9)

1.高碱水泥助磨剂，其特征在于：包括助磨组分、凝胶晶种改善剂、助剂，按重量百分比计为：助磨组分80％-95％、凝胶晶种改善剂1％-10％、助剂0.5％-10％；

其中，所述助磨组分为醇胺类助磨剂，所述凝胶晶种改善剂为C-S-H凝胶晶种改善剂。

2.根据权利要求1所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述醇胺类助磨剂结构式如式Ⅰ：

其中R₁、R₂、R₃为-CH₂-CH₂-，或为

3.根据权利要求2所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述醇胺类助磨剂采用乙醇异丙醇胺；进一步优选，所述醇胺类助磨剂采用二乙醇单异丙醇胺或乙醇二异丙醇胺。

4.根据权利要求1所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述C-S-H凝胶晶种改善剂结构式如式Ⅱ：

其中，R为烷基链；R优选采用-CH₂-，-CH₂-CH₂-。

5.根据权利要求4所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述C-S-H凝胶晶种改善剂为羟基羧酸钠；进一步优选，所述羟基羧酸钠为羟基乙酸钠。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述助剂为乙二醇和/或十二烷基硫酸钠。

7.根据权利要求6所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述助剂为乙二醇和十二烷基硫酸钠，高碱水泥助磨剂按重量百分比计为：

助磨组分80％-95％、凝胶晶种改善剂1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％。

8.根据权利要求7所述的高碱水泥助磨剂，其特征在于：所述助磨组分为乙醇异丙醇胺，所述凝胶晶种改善剂为羟基羧酸钠，按重量百分比计为：

乙醇异丙醇胺80％-95％、羟基羧酸钠1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％；

优选的，所述乙醇异丙醇胺为二乙醇单异丙醇胺，所述羟基羧酸钠为羟基乙酸钠，按重量百分比计为：

二乙醇单异丙醇胺80％-95％、羟基乙酸钠1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％；

优选的，所述乙醇异丙醇胺为乙醇二异丙醇胺，所述羟基羧酸钠为羟基乙酸钠，按重量百分比计为：

乙醇二异丙醇胺80％-95％、羟基乙酸钠1％-10％、乙二醇0.5％-5％、十二烷基硫酸钠0.5％-5％。

9.权利要求1-8任一项所述的高碱水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：将凝胶晶种改善剂、助剂加入助磨组分中混合均匀即得。