CN114634322B - 一种水泥强度抗衰减剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥强度抗衰减剂及其制备方法和应用，原料：多元酸酯10％‑15％、多聚磷酸盐5％‑10％、SAP高吸水性树脂0.1％‑0.5％、磺酸盐3％‑8％、醇胺类物质5％‑12％、余量为水。本发明的水泥抗衰减剂中每一组分在各自发挥个体作用同时，并产生协同叠加效应，使抗衰剂的效能达到最佳效果，不仅能够抑制水泥中石膏的脱水反应，而且可以吸收水泥中的自由水，并将其锁住，从而解决了水泥在存储过程中发生预水化反应降低水泥强度的问题，提高水泥的存储时间和条件，便于水泥的生产控制和存储。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种水泥强度抗衰减剂及其制备方法和应用。
背景技术
在现代建筑工业中，水泥作为主要的胶凝材料得到了广泛的应用。随着水泥工业技术的发展，水泥生产设备的改进，使得水泥的生产线的产能在逐步增大，国内目前已建成12000吨/日熟料生产线多条，粉磨水泥的磨机及产量规格也在扩大，磨机的类别不仅有球磨，还有能耗更低的立磨。
近年来，有水泥生产企业报道在水泥存储过程中出现强度衰减的情况。如何解决水泥存储过程中出现强度衰减的问题，提供一种水泥强度抗衰减剂十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥强度抗衰减剂，可以有效解决水泥存储过程中强度损失的问题，确保出厂水泥产品质量。
本发明还有一个目的在于提供一种水泥强度抗衰减剂的制备方法，根据配方设计匹配的制备方法，制备方法简单，成本低。
本发明最后一个目的在于提供一种水泥强度抗衰减剂的应用，用于球磨和立磨粉磨水泥。
本发明具体技术方案如下：
一种水泥强度抗衰减剂，包括以下质量百分比原料：
所述的多元酸酯为乙酸乙酯、原乙酸三乙酯、乙酸丁酯或磷酰基乙酸三乙酯中的一种，其中优选为磷酰基乙酸三乙酯；
所述的多聚磷酸盐为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、多聚磷酸铵、聚磷酸钙中的一种或两种，其中优选聚磷酸钙；
所述的SAP高吸水性树脂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物中的一种，其中优选丙烯酸-丙烯酰胺共聚物；
所述的磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、萘磺酸甲醛缩合物、十二烷基磺酸钠中的一种，其中优选木质素磺酸钙。
所述的醇胺类物质为三乙醇胺、三异丙醇胺、羟乙基二异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺，其中优选二乙醇单异丙醇胺。
本发明提供的一种水泥强度抗衰减剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将配方量的水加入反应釜中，加热升温至50-60℃，搅拌条件下将配方量SAP高吸水性树脂加入反应釜，搅拌，得溶液；
2)保温条件下，将配方量的多元酸酯、多聚磷酸盐、磺酸盐、醇胺类物质依次加入反应釜中，加完后，继续搅拌，得到水泥强度抗衰减剂。
步骤1)中所述搅拌时间为25-35min；搅拌速度控制在50-60r/min；
步骤2)中所述继续搅拌，时间为20-30min，搅拌速度控制在55-65r/min。
相比配方中其他原料，SPA高吸水性树脂是一种高分子材料，其溶解为先溶胀后溶解的过程，同时加热有助于提高其溶解速度，所以制备方法设计在50-60℃条件下，先溶解SPA高吸水性树脂，溶解时间控制在25-35min，反应釜的搅拌器最好选用框式搅拌器。其他原料相对较易溶解，但温度不能高，超过60℃后，多元酸脂容易水解，所以第二步要在保温条件下，依次加入其他组分物质，同时需要搅拌20-30min，可实现各物质完全溶解并分散均匀。
本发明最后一个目的在于提供一种水泥强度抗衰减剂的应用，用于水泥粉磨，尤其是球磨水泥或立磨粉磨水泥。优选的，用于立磨粉磨水泥。
水泥强度抗衰减剂用于水泥，具体应用方法为：水泥强度抗衰减剂的加入量为水泥质量的0.05-0.1％。
发明人发现，水泥粉磨过程中因入磨物料温度高，导致出磨水泥温度偏高，为了降低物料温度，需要向磨内喷水，尤其是立磨粉磨过程中需要喷水稳定料层，从而导致水泥中会伴随有自由水随水泥一起进入水泥存储库内；另一方面水泥生产中需要加入脱硫石膏作为缓凝剂，水泥出磨水泥温度较高，进入存储仓内，随着存储时间的延长，脱硫石膏会逐渐脱去结晶水；水泥熟料矿物会与降温喷水残留水及脱硫石膏脱出的水发生预水化反应，从而导致水泥活性下降，强度降低。
经过探索，发明人发现，多元酸酯化合物可以有效吸附在石膏表面，提高二水硫酸钙的晶体稳定性，使其在较高温度下，保持晶体形状和尺寸不变，从而抑制二水硫酸的脱水反应；多聚磷酸盐是由几个到几百个无机磷酸盐单体通过高能磷酸键聚合而成的线性多聚体，其吸附在石膏表面，一方面其线性结构特点可对石膏晶体形成包缚作用，另一方面其含有的大量氧原子可以和石膏中结晶水、硫酸钙形成耦合氢键，提高了硫酸钙结晶水的键能，从而抑制了二水硫酸钙的脱水反应；SAP高吸水性树脂含有亲水基团和交联结构的高分子电解质，具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来，差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150℃以上仍有50％封闭在凝胶网络中，其加入到水泥中可有效吸附水泥中存在的自由水，并将其封闭在凝胶网络中，从而避免了水泥中活性物与自由水发生预水化反应，确保水泥强度不会衰减；所述的磺酸盐为具有分散作用的表面活性剂，其可以使减衰剂的各组分有效分散到水泥中，提高各活性组分与石膏的接触几率，促进各组分效能发挥；醇胺类物质作为一种增强剂，可提高水泥早期强度，从而补偿部分水泥早期衰减强度。
本发明的水泥抗衰减剂中每一组分在各自发挥个体作用同时，并产生协同叠加效应，使抗衰剂的效能达到最佳效果，不仅能够抑制水泥中石膏的脱水反应，而且可以吸收水泥中的自由水，并将其锁住，从而解决了水泥在存储过程中发生预水化反应降低水泥强度的问题，提高水泥的存储时间和条件，便于水泥的生产控制和存储。水泥存储过程中强度的衰减主要原因是一定温度下，随着时间延长，水泥中脱硫石膏结晶水发生脱水反应后，产生自由水与水泥熟料发生预水化反应。本发明采用多元脂类化合物控制石膏的晶体形状和尺寸，加入的多聚磷酸盐提高结晶水耦合氢键键能，共同阻止结晶水的脱水反应，即使有部分结晶水发生脱水会被吸水树脂吸收锁住，即使有部分结晶水得不到控制发生了预水化反应，醇胺物质作为增强剂对损失强度有补偿作用。同时加入磺酸盐作为一种分散剂主要起到分散作用，使各活性组分能够与水泥及石膏充分接触，从而提高各组分效能发挥。各组分自身作用及相互协同作用，确保抗衰减剂达到最佳抗强度衰减效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的水泥强度抗衰减剂应用于水泥生产及存储过程中，可以有效分散在水泥中，一方面能够吸纳并锁住水泥中的自由水，另一方面可以提高水泥中石膏的晶体稳定性及结晶水键能，使石膏很难发生脱水反应，从而避免了水泥的活性组分与自由水发生预水化反应，有效解决水泥在存储过程中强度衰减的问题。
本发明的水泥强度抗衰减剂在水泥中的掺量为0.05％-0.1％，水泥生产过程中可根据水泥喷水情况及石膏种类进行调整以达到最佳效果，另外，其自身也具有增强作用，可提高水泥强度，补偿水泥强度衰减。
本发明的水泥强度抗衰减剂制备方法简单，原料易得，绿色环保。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙酸三乙酯10％，三聚磷酸钠5％，聚丙烯酸钠0.1％，木质素磺酸钙3％，二乙醇单异丙醇胺5％，余量为水；
所述水泥强度抗衰减剂制备方法，包含以下步骤：
1)按重量百分比称取各原料；
2)先在反应釜中加入称量好的水，开动搅拌，升温至50℃，将聚丙烯酸钠加入反应釜中，搅拌速度55转/分钟搅拌35min，得溶液A。
3)50℃保温条件下，将乙酸三乙酯、三聚磷酸钠、木质素磺酸钙、二乙醇单异丙醇胺依次加入溶液A反应釜中，搅拌速度55转/分钟继续搅拌30min，得到水泥强度抗衰减剂。
实施例2
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙酸乙酯12％，聚磷酸钙7％，聚丙烯酰胺0.3％，木质素磺酸钠5％，三异丙醇胺8％，余量为水；
制备过程工艺参数同实施例1。
实施例3
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：磷酰基乙酸三乙酯15％，六偏磷酸钠10％，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物类树脂0.5％，木质素磺酸钙8％，二乙醇单异丙醇胺12％，余量为水；
制备过程工艺参数同实施例1。
实施例4
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙酸丁酯10％，聚磷酸钙7％，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物类树脂0.1％，萘磺酸甲醛缩合物5％，三乙醇胺12％，余量为水；
制备过程工艺参数同实施例1。
实施例5
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：磷酰基乙酸三乙酯12％，聚磷酸钙10％，聚丙烯酸钠0.3％，木质素磺酸钙8％，羟乙基二异丙醇胺5％，余量为水；
制备过程工艺参数同实施例1。
实施例6
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：磷酰基乙酸三乙酯15％，聚磷酸钙5％，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物类树脂0.5％，木质素磺酸钙3％，二乙醇单异丙醇胺8％，余量为水；
制备过程工艺参数同实施例1。
对比例1
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：磷酰基乙酸三乙酯15％，聚磷酸钙5％，木质素磺酸钙3％，二乙醇单异丙醇胺8％，余量为水；
其制备方法同实施例1。
对比例2
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：磷酰基乙酸三乙酯10％，聚磷酸钙2％，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物类树脂0.05％，木质素磺酸钙3％，二乙醇单异丙醇胺3％，余量为水；
制备方法同实施例1。
对比例3
一种水泥强度抗衰减剂，是由以下重量百分比的原料组成的：磷酰基乙酸三乙酯5％，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物类树脂0.05％，二乙醇单异丙醇胺3％，余量为水；
制备方法同实施例1。
实验测试
将本发明实施例1-6、对比例1-3制备的水泥强度抗衰减剂在φ3.75m的立磨磨机中进行粉磨试验，物料配比：熟料(78％)+脱硫石膏(5.0％)+矿渣(7％)+石灰石(10％)；通过液体计量泵直接将抗衰减剂输送到立磨内喷洒在物料料层上，并将计量泵通过连锁控制系统连接于生产中控DCS控制系统上，实现自动控制掺加量。水泥控制比表面积335±5m2/Kg。每批次试验完成后，第7d后从水泥储存库内取出水泥进行水泥强度检测，并与空白样进行对比。
试验测试结果如下：
空白样为不加抗衰减剂的水泥，其他试验为加入本发明各实施例、对比例抗衰减剂的试验，对空白样、各实施例、对比例出磨水泥及分别存储7d取样进行相关性能检测，水泥强度抗衰减剂的掺量及试验结果见表1。
表1水泥性能试验结果
由表1试验结果可以看出，空白样水泥放置7d后结晶水明显降低，且3d抗压强度降低了4.3Mpa，有明显强度衰减；加入抗衰减剂后的实施例1-实施例6，水泥放置7d后结晶水略有降低，3d抗压强度变化不大，均在误差范围内；对比例1在不加入丙烯酸-丙烯酰胺共聚物类树脂情况下，结晶水变化不大，但是水泥存放7d后3d抗压强度降低了2.6Mpa；对比例2部分有效成分含量较低，水泥存放7d结晶水含量降低明显，3d抗压强度降低了3.9Mpa；对比例3在不加入聚磷酸钙，部分有效成分含量低的情况下，水泥存放7d结晶水含量明显降低，3d抗压强度降低了4.4Mpa。
综上所述，本发明的水泥强度抗衰减剂用于水泥生产及存储过程中，在物料中掺量为0.05％-0.1％，可有效提高水泥中石膏的稳定性，控制其在存储过程中的脱水反应，并能够吸收水泥中的自由水分，从而避免了水泥的活性组分与自由水发生预水化反应，且可以补偿水泥的早期强度衰减，有效解决水泥在存储过程中强度衰减的问题。
Claims (2)
1.一种水泥强度抗衰减剂，其特征在于，所述水泥强度抗衰减剂包括以下质量百分比原料：
多元酸酯 10%-15%
多聚磷酸盐 5%-10%
SAP高吸水性树脂 0.1%-0.5%
磺酸盐 3%-8%
醇胺类物质 5%-12%
余量为水；
所述的多元酸酯为乙酸乙酯、原乙酸三乙酯、乙酸丁酯或磷酰基乙酸三乙酯中的一种；
所述的SAP高吸水性树脂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物中的一种；
所述的多聚磷酸盐为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、多聚磷酸铵或聚磷酸钙中的一种或两种；
磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、萘磺酸甲醛缩合物、十二烷基磺酸钠中的一种；
所述的醇胺类物质为三乙醇胺、三异丙醇胺、羟乙基二异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺；
所述水泥强度抗衰减剂用于水泥，加入量为水泥质量的0.05-0.1%。
2.一种权利要求1所述水泥强度抗衰减剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的水加入反应釜中，加热升温至50-60℃，搅拌条件下将配方量SAP高吸水性树脂加入反应釜，搅拌，得溶液；
保温条件下，将配方量的多元酸酯、多聚磷酸盐、磺酸盐、醇胺类物质依次加入反应釜中，加完后，继续搅拌，得到水泥强度抗衰减剂。
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