CN105271914A - 一种水泥助磨剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥助磨剂，解决了现有水泥助磨剂细颗粒水泥粉末团聚的问题，其发明要点是一种水泥助磨剂，包括以下重量份的组分：三乙醇胺5～20份、糖蜜5～20份、多元羧酸钠2～8份、元明粉2～8份、水60～80份。本发明主要通过多元羧酸钠上的多个羧基吸附在水泥物料表面，达到分散细颗粒水泥粉末的效果。
Description
技术领域
本发明涉及水泥添加剂领域，更具体地说，它涉及一种水泥助磨剂。
背景技术
水泥粉磨是水泥生产中一道重要工序，它是通过机械方法将水泥熟料粉磨至合适的粒度，形成一定的颗粒级配，增加其水化面积，加速水化速率，以满足水泥浆体凝结和硬化等要求。由于水泥熟料中含有SiO2、Al2O3和Fe2O3等化学成分，水泥粉磨较为困难，其存在粉磨效率低下、耗电较大和收率较低等情况。为了解决这些问题，现有技术中一般采用在水泥粉磨的过程中添加水泥助磨剂的方案。
如专利申请号为201510270019.2的专利文件公开了一种增强型水泥助磨剂，该助磨剂使用到的原材料为三乙醇胺、聚四氟乙烯、丙二醇、黄原胶、亚硝酸钠、木钙、醋酸钠、保水材料、造纸黑液、工业盐、糖蜜。制备的水泥助磨剂虽然能提高粉磨效率、减少耗电和提高收率，但是添加了这种水泥助磨剂后，水泥熟料在粉磨的过程中，由于其水泥颗粒的逐渐变小而导致水泥颗粒之间的静电作用力增加，使得水泥颗粒之间极易出现团聚现象，导致水泥在后期粉磨过程中得到的颗粒级配不合理。而且目前现有的技术中，没有提出完全消除水泥分子之间的静电作用力防止水泥颗粒不团聚。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种增强助磨功效、防止颗粒团聚的水泥助磨剂。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案一种水泥助磨剂，包括以下重量份的组分：三乙醇胺5～20份、糖蜜5～20份、多元羧酸钠2～8份、元明粉2～8份、水60～80份。
本发明的三乙醇胺，能螯合水泥中的金属离子，中和部分摩擦起电产生的静电离子，减轻静电吸附的现象；三乙醇胺还能起到催化作用，使水泥在早期使生成较多的水化产物，部分游离子结合为结晶水，相应地减少了毛细管通路和孔隙，从而提高水泥的抗渗性能，具有早强作用。本发明的糖蜜，是制糖工业的一种副产物，其中含有蔗糖、果糖、葡萄糖、葡聚糖、棉实糖、甜菜碱、焦糖色素、氨基酸、无机物等，总糖含量可达30％wt～50％wt。糖蜜能吸附在水泥颗粒的表面，形成同种电荷的亲水膜，使水泥颗粒相互排斥，并阻碍水泥水化，从而起缓凝作用。糖蜜还能明显地改善水泥的和易性，大幅度地提高混凝土制品的强度，改善混凝土抗冻性。本发明的多元羧酸钠，可以降低水泥的凝固点，钠盐通过降低水的凝固点间接降低水泥的凝固点，因此在低温时早强功效明显。多元羧酸钠具有多个羧基官能团，能够吸附在水泥分子之间，增大水泥分子之间的空间阻力，颗粒之间静电作用力减小，防止水泥粉末团聚，与含单个羧基的醋酸钠相比，醋酸钠不能附着在水泥分子之间达不到增大水泥分子之间空间阻力的效果，并且多元羧酸钠中的羧基能够中和水泥表面游离电荷与不饱和价键，防止水泥粉末团聚，而醋酸钠不容易中和水泥表面游离电荷与不饱和价键，未能起到消除静电作用的效果。多元羧酸钠不仅能使泥料粘度降低，易分散，不易沉聚集；而且能降低泥料的表面自由焓，并可自动地渗入到泥料颗粒的微细裂缝中，起着劈裂作用。
本发明的水泥助磨剂，未添加会影响建筑物使用寿命或造成环境污染等的物质，安全环保。同时，本发明的水泥助磨剂还能促进各原料组分发挥协同作用，其组合增效为：
(1)添加本发明的液体水泥助磨剂后，可使粉磨时水泥之间的静电作用力基本下降至零，有利于粉磨，得到的水泥颗粒级配分布均匀，还能防止粉末飞扬而污染环境；
(2)添加本发明的液体水泥助磨剂后，不仅能促进水泥的水化，还能促进各组分与水泥的反应，增大混凝土的密实性，提高抗渗性；
(3)添加本发明的液体水泥助磨剂后，水泥混悬液中，多组分均能和水泥发生螯合作用，且不同组分之间、不同组分和水泥之间的相容性均较好，流变性的变化，有利于分散。
优选地，一种水泥助磨剂，包括以下重量份的组分：三乙醇胺7～15份、糖蜜7～15份、多元羧酸钠4～6份、元明粉4～6份、水65～75份。
优选地，所述糖蜜中，以转换糖量计，其总糖量为30％wt～50％wt。
优选地，所述糖蜜为蔗糖加工的废料。
本发明中的糖蜜在助磨剂主要用于调色或改善水泥和易性，调节凝结时间，而糖蜜来自于蔗糖加工的下脚料，提高了资源的利用率，降低了成本。
优选地，还包括苯胺-磺酸基苯胺共聚物，所述苯胺-磺酸基苯胺共聚物的用量和多元羧酸钠的用量比为(5％～10％)：1。
优选地，所述苯胺-磺酸基苯胺共聚物为由聚苯胺和2,4-二氨基苯磺酸共聚而成的无规则共聚物，其结构为H-[(C6H4)NH]x-[NH2(C6H4)SO3H]y-H，且x：y为1：(0.8～2)，其数均分子量为50000～100000。
本发明中的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，其含有大量的类似羧基功能的胺基和磺酸基，能够与水泥粉末中的重金属离子结合，共聚物中存在大量的吸附位点，吸附在水泥分子上，从而降低水泥之间的静电作用。共聚物一方面渗透水泥分子内部使得颗粒裂缝增大，另一方面中和游离电荷，通过减少了水泥分子静电的产生调整水泥分子表面的电性，有效分散细颗粒的水泥粉末，防止细颗粒水泥粉末团聚。而多元羧酸钠比如丙三酸钠、含多个羧基官能团的钠盐相对于氯化钠等无机钠盐，多元羧酸钠能够快速与苯胺-磺酸基苯胺共聚物互溶，使得苯胺-磺酸基苯胺共聚物均匀地溶解在水泥中，而只含有单个羧基的醋酸钠虽然与苯胺-磺酸基苯胺共聚物互溶，但是溶解量少，反而导致了苯胺-磺酸基苯胺在溶液中的分布不均匀，。
本发明的目的还在于提供一种制备所述的水泥助磨剂的方法，包括如下步骤：S1，取配方量的三乙醇胺、配方量的糖蜜、1/2～2/3配方量的水，搅拌混合均匀，得到S1的混合物；S2，取配方量的多元羧酸钠、配方量的元明粉和其余配方量的水，搅拌混合均匀，得到S2的混合物；S3，将S2的混合物添加至S1的混合物中并加入苯胺-磺酸基苯胺共聚物，搅拌混合均匀，即得。
本发明步骤S1中先将粘稠状的糖蜜混匀在水中，可以防止糖蜜与多元羧酸钠形成团聚，影响多元羧酸钠降低水泥分子静电作用的效果。步骤S3将步骤S2的混合物加入到步骤S1的混合物中其中搞混加入的量和速度能够控制，防止混合时温度过高。
优选地，所述方法均在pH为8～9条件下进行搅拌。
本发明的多元羧酸钠在pH为8～9的环境下能够较好的溶解苯胺-磺酸基苯胺共聚物。
具体实施方式
下面结合具体实施例和实验详细说明本发明的技术方案，但其保护范围不被限制。
本次试验中，糖蜜中含糖量为40％wt。所有原料均来自市售的CP级。
制备例1、对照样的制备
按照申请号201510270019.2的专利文件制备现有的一种水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺15-25、聚四氟乙烯2-8、丙二醇3-6、黄原胶2-5、亚硝酸钠5-10、木钙3-8、醋酸钠5-10、保水材料5-10、造纸黑液5-10、工业盐6-12、糖蜜5-10，将上述原料混合搅拌30分钟即得到对照样。
制备例2、苯胺-磺酸基苯胺共聚物的制备
在常温常压下，将50份苯胺单体溶解到30份氯仿中，搅拌得到溶清液。于上述溶清液中加入30份氧化剂(本次使用过氧乙酸)，搅拌反应0.5～2小时。加入20份2，4-二氨基苯磺酸单体，搅拌反应1～6小时，即得苯胺-磺酸基苯胺共聚物。该苯胺-磺酸基苯胺共聚物的结构式为H-[(C6H4)NH]x-[NH2(C6H4)SO3H]y-H，且x：y为1：(0.8～2)，其数均分子量为50000～100000。
实施例1
制备水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠5份、元明粉5份加入到20份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中在pH为8的环境下混合搅拌30分钟混匀即得到试样例1。
实施例2
制备水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠4.75份，元明粉5份加入到20份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中，并掺入0.25份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在pH为8的环境下混合搅拌30分钟即得到试样例2。
实施例3
制备水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠4.5份，元明粉5份，水60份，依次将原料三乙醇胺、糖蜜、丙三酸钠加入到20份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中，并掺入0.5份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在pH为8的环境下混合搅拌30分钟即得到试样例3。
实施例4
制备水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠4.6份，元明粉5份加入到20份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中，并掺入0.4份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在pH为8的环境下混合搅拌30分钟即得到试样例4。
实施例5
制备水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠9份，元明粉5份加入到15份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中，并掺入1份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在pH为8的环境下混合搅拌30分钟即得到试样例5。
实施例6
制备水泥助磨剂，包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠4.6份，元明粉5份加入到20份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中，并掺入0.4份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在pH为8.5的环境下混合搅拌30分钟即得到试样例6。
实施例7
制备水泥助磨剂，包括以下重量份组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份加入到40份水中得到混合物1，丙三酸钠4.6份，元明粉5份加入到20份水中得到混合物2，将混合物2加入到混合物1中，掺入0.4份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在pH为9的环境下混合搅拌30分钟即得到试样例7。
对比例
试验样品：以制备例的对照样为对照，以本发明实施例1-5制备得到的助磨剂为试验样。
试验方法：将对照样或试验样分别掺入水泥原料粉磨，对粉磨后的水泥原料进行相关参数检测。其中对照样或试验样占水泥原料的重量比为0.01％，粉磨用的水泥品种为P.042.5普通硅酸盐水泥。
参数检测说明：磨机粉磨后的水泥采用FYS-150B负压筛析仪进行测定，按照GB/T1345-2005国家标准方法对水泥细度进行检测。本次检测以检测筛余量为准。筛余量是指物料过筛后，筛上残留物的重量占干试样总重量的百分数，粉体颗粒大小称颗粒粒度。筛余量比重大，说明水泥的粉磨不够充分，其粉磨效果差，也说明水泥之间极易产生静电作用而导致水泥团聚。
本次主要对0.08mm筛余和0.045mm筛余进行测定。其中，0.08mm筛余的测定，单次称重25g样品；0.045mm筛余物的测定，单次称重10g样品。
每次测量完毕应清洁负压筛及筛座，保证实验的准确性。对各助磨剂进行测试，测试结果见表1。
表1添加助磨剂后的水泥粉磨后的0.045mm/0.08mm方孔筛筛余的结果统计
由表1可知，与添加对照样后的水泥粉磨后的样品的筛余量相比，添加了本发明实施例1-5制备的助磨剂(试验样1-5)后的水泥粉磨后的样品的筛余量更小。而筛余量比重大，说明水泥的粉磨不够充分，其粉磨效果差，也说明水泥之间极易产生静电作用而导致水泥团聚。这说明，与添加对照样后的水泥粉磨后的样品相比，添加了本发明实施例1-5制备的助磨剂(试验样1-5)后的水泥粉磨后的样品的粉磨更充分，水泥颗粒之间的静电作用力更小且其不容易发生团聚，其粉磨效果好。试验样1-5不加入对照样中的聚四氟乙烯、丙二醇、黄原胶、亚硝酸钠、木钙、保水材料、造纸黑液、工业盐原料，却达到了降低水泥粉磨后的水泥颗粒粒度的目的，其主要作用是丙三酸钠起到起到降低水泥粉磨后的水泥颗粒粒度的作用。
其中，值得注意的是添加了试验样2-4后的水泥粉磨后的样品的筛余量，低于添加了对照样后的水泥粉磨后的样品的筛余量的一半以上。而试验样2-4中，表明本发明使用一定苯胺-磺酸基苯胺共聚物，在粉磨后的水泥颗粒粒度小，并且颗粒粒度小的水泥粉末团聚的比例少；而通过试样例1比试样例5的筛余量少，表明使用5份丙三酸钠相比于使用10份丙三酸钠防颗粒团聚效果好；通过试样例3的筛余量可以得出在包括以下重量份的组分组成：三乙醇胺10份、糖蜜10份、多元羧酸钠4.6份，掺入的苯胺-磺酸基苯胺共聚物0.4份，元明粉5份，水60份，制备水泥助磨剂使水泥粉磨后的筛余量最小，说明使用4.6份的丙三酸钠和0.4份的苯胺-磺酸基苯胺共聚物的配比最佳，苯胺-磺酸基苯胺共聚物能有效溶解均布在混合物中，防止水泥粉末团聚的效果最佳。
本发明在不同pH环境下制备的试验样4、试验样6和试验样7对粉磨水泥后筛余量进行对比试验。试验方法为将对照样或试验样分别掺入水泥原料粉磨，对粉磨后的水泥原料进行相关参数检测。其中对照样或试验样占水泥原料的重量比为0.01％，粉磨用的水泥品种为P.042.5普通硅酸盐水泥，其粉磨过后的水泥采用FYS-150B负压筛析仪进行测定，按照GB/T1345-2005国家标准方法对水泥细度进行检测，其测试结果见表2。
表2添加助磨剂后的水泥粉磨后的0.045mm/0.08mm方孔筛筛余的结果统计
由表2可知，加入试验样6的水泥粉磨后样品的筛余量明显比加入试验样4或试验样7的水泥粉磨后样品的筛余量少，说明在pH在8.5的环境下搅拌混合的助磨剂各组分混合均匀，各物质能够发挥降低水泥分子之间的静电作用，防止水泥粉末团聚的效果最佳。
表3助磨剂对水泥产量及强度影响
采用对照组实施例和试验样1-7制备得到的助磨剂掺入量0.01％掺入水泥原料中使用管磨机粉磨，对各助磨剂进行测试，测试结果见表3。
由表3可知，与添加对照样后的水泥粉磨后的样品的台时产量相比，添加了本发明实施例1-7制备的助磨剂(试验样1-7)后的水泥粉磨后的样品的台时产量都得到了提高，在提高台时产量的同时，水泥的强度不减弱反而也提高了，表明添加本发明的助磨剂能还能改善水泥的强度性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水泥助磨剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：三乙醇胺5～20份、糖蜜5～20份、多元羧酸钠2～8份、元明粉2～8份、水60～80份。
2.根据权利要求1所述的一种水泥助磨剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：三乙醇胺7～15份、糖蜜7～15份、多元羧酸钠4～6份、元明粉4～6份、水65～75份。
3.根据权利要求1或2所述的一种水泥助磨剂，其特征在于，所述糖蜜中，以转换糖量计，其总糖量为30%wt～50%wt。
4.根据权利要求3所述的一种水泥助磨剂，其特征在于，所述糖蜜为蔗糖加工的废料。
5.根据权利要求1或2所述的一种水泥助磨剂，其特征在于，还包括苯胺-磺酸基苯胺共聚物，所述苯胺-磺酸基苯胺共聚物的用量和多元羧酸钠的用量比为（5%～10%）：1。
6.根据权利要求5所述的一种水泥助磨剂，其特征在于，所述苯胺-磺酸基苯胺共聚物为由聚苯胺和2,4-二氨基苯磺酸共聚而成的无规则共聚物，其结构为H-[(C6H4)NH]x-[NH2(C6H4)SO3H]y-H，且x：y为1：（0.8～2），其数均分子量为50000～100000。
7.一种制备如权利要求6所述的水泥助磨剂的方法，其特征在于,包括如下步骤：S1，取配方量的三乙醇胺、配方量的糖蜜、1/2～2/3配方量的水，搅拌混合均匀，得到S1的混合物；S2，取配方量的多元羧酸钠、配方量的元明粉和其余配方量的水，搅拌混合均匀，得到S2的混合物；S3，将S2的混合物添加至S1的混合物中并加入苯胺-磺酸基苯胺共聚物，搅拌混合均匀，即得。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法均在pH为8～9条件下进行搅拌。
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