CN115557724A - 一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用 - Google Patents

一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用，属于白色硅酸盐水泥外加剂技术领域，助磨剂由以下重量份的原料制成，聚合醇40‑80份、纳米材料10‑50份、无机盐类5‑20份和表面活性剂2‑10份。本发明助磨提产、降低电耗。利用聚合醇胺吸附在白水泥颗粒上，降低粉体表面能，改善易磨性，起到提产、降耗作用，提高白水泥白度。白水泥专用助磨剂能提高白水泥易磨性，可将白水泥磨得更细，白水泥颗粒越细，对提高白度有一定作用，提高白水泥胶砂强度。通过无机盐针对性促进白水泥C3S、C2S水化，提高早期强度。

Description

一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及白色硅酸盐水泥外加剂技术领域，尤其涉及一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用。
背景技术
白水泥是由白色硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏和混合材料磨细制成的水硬性胶凝材料。白水泥的典型特征是拥有较高的白度，色泽明亮，主要用于建筑装饰的特种水泥，与天然装饰品材料相比，使用更方便，色彩易于调节，便于成型加工。白水泥的矿物组成及生产工艺与普通硅酸盐水泥相似，主要区别在于白水泥对原料要求十分严格。为了获得较高白度，应尽量减少Fe、Mn、Ti、Cr等着色元素的氧化物含量，一般Fe2O3的含量应低于水泥质量的0.5％。同样的，这造成了白水泥矿物组成中C3A和C4AF含量非常低，导致白水泥早期强度不足，不利于在装饰工程中的应用。
助磨剂是一种以醇胺为主要成分的外加剂，应用于普通硅酸盐水泥中能有效减少微细粉过粉磨现象，起到助磨、提产作用。但传统水泥助磨剂并不适用于白水泥，因为醇胺类助磨剂主要是促进C3A、C4AF水化，获得更高的胶砂强度，而白水泥中白水泥矿物组成中C3A和C4AF含量非常低，导致传统水泥助磨剂使用在提强效果并不明显，市面上并没有一款针对白水泥矿物特点的助磨剂。目前，关于提高白水泥强度的外加剂研究较少，有研究通过有机膦酸根离子螯合作用能促进白水泥矿物溶解和早期水化速率，有一定的提强作用，但磷酸根离子极强的络合作用会络合水泥水化产物，抑制水化产物进一步析出沉淀，因此提强幅度有限。
目前市面上没有一款针对白水泥矿物特点的助磨剂。有提高白水泥强度的外加剂，是通过有机膦酸根离子螯合作用能促进白水泥矿物溶解和早期水化速率，有一定的提强作用，但磷酸根离子极强的络合作用会络合水泥水化产物，抑制水化产物进一步析出沉淀，因此提强幅度有限，提高早期强度5％—15％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用，解决目前市面上没有一款针对白水泥矿物特点的助磨剂的技术问题。
针对白水泥C3A和C4AF含量低，C3S和C2S高的特点，研发一款白水泥专用助磨剂，以提高白水泥产量、降低电耗，提高白水泥胶砂强度，对推动我国特种水泥发展具有积极意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种白水泥专用助磨剂，由以下重量份的原料制成，聚合醇40-80份、纳米材料10-50份、无机盐类5-20份和表面活性剂2-10份。
进一步地，纳米材料为纳米CaCO3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3中的至少一种。
进一步地，无机盐类为氯化钠、硫酸钠、甲酸钠、硫氰酸钠、氯化钙、甲酸钙中的至少一种。
进一步地，聚合醇由二乙二醇5-15份、丙三醇5-10份、二聚丙三醇5-15份、三乙醇胺5-10份和二乙醇单异丙醇胺20-30份组成。
进一步地，表面活性剂由辛基酚聚氧乙烯醚1-5份和烷基酚聚氧乙烯醚1-5份组成。
一种白水泥专用助磨剂的制备方法，配制水油体积比1:9的典型微乳液，将0.22M水溶液滴加到45ml正庚烷中，水溶液由5-15份聚合多元醇、10-30份纳米晶核核5-15份无机盐混合组成，磁力搅拌下，交替滴加表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚，直到体系某一瞬间突然变得均一、透明即形成反相微乳液，计算得到最终水与表面活性的质量比ω为0.4微乳液助磨剂成品。
一种白水泥专用助磨剂的应用，用于白色硅酸盐水泥在制备过程中磨细的混合材料。
进一步地，在水泥粉磨生产中，通过离心泵将助磨剂成品掺入到球磨机的水泥磨头中，然后按照水泥生产量的0.05％调节助磨剂的流量，将助磨剂与水泥原料一同进入球磨机内进行粉磨。
使用聚合多元醇、纳米材料以及无机盐作为主要成分。针对与助磨提产，白水泥专用助磨剂中使用聚合多元醇代替醇胺。聚合多元醇是多元醇、聚合醇胺、二乙二醇、丙三醇、三乙醇胺等多种有机物的液体混合物。在水泥粉磨过程中，聚合多元醇能吸附在白水泥粉体表面，增加其分散性，同时使用表面活性剂能降低白水泥颗粒的表面能，提高易磨性。针对提高白水泥胶砂强度，传统水泥助磨剂并不适用于白水泥，因为醇胺类助磨剂主要是促进C3A、C4AF水化，获得更高的胶砂强度，而白水泥中白水泥矿物组成中C3A和C4AF含量非常低，导致传统水泥助磨剂使用在提强效果并不明显。本发明白水泥专用助磨剂使用纳米晶核材料粒径极小，水泥水化时水泥颗粒的硅离子进入水溶液中，分散在孔溶液中的纳米粒子能够为硅离子提供高效的成核位点，还能为C-S-H的形成提供晶核，使C-S-H的生长跳过成核期而直接进入到生长期，加快了C-S-H的形成。另外，白水泥中主要是以C3S为主，该纳米材料能与熟料中C3S形成C-S-H，从而增加水化产物总量。C3S水化产物C-S-H凝胶结构中Ca2+为七配位不规则对称，本发明选择的多种无机盐叠加，可针对性加速C3S的溶解过程来缩短预诱导期和诱导期，直接进入到加速期，并激发了C-S-H硅酸盐链中桥连SiO4四面体的形成，增大了C-S-H结构中硅酸根链的聚合度，进而使得C-S-H形貌向二维方向生长形成薄层状。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明助磨提产、降低电耗。利用聚合醇胺吸附在白水泥颗粒上，降低粉体表面能，改善易磨性，起到提产、降耗作用，提高白水泥白度。白水泥专用助磨剂能提高白水泥易磨性，可将白水泥磨得更细，白水泥颗粒越细，对提高白度有一定作用，提高白水泥胶砂强度。通过无机盐针对性促进白水泥C3S、C2S水化，提高早期强度。
附图说明
图1是本发明白水泥实时放热曲线图；
图2是本发明白水泥累计放热曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1：
一种白水泥专用助磨剂，由以下重量份的原料制成，聚合醇40份、纳米材料10份、无机盐类5份和表面活性剂2份。
纳米材料为纳米CaCO3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3中的至少一种。
无机盐类为氯化钠、硫酸钠、甲酸钠、硫氰酸钠、氯化钙、甲酸钙中的至少一种。
聚合醇由二乙二醇5份、丙三醇5份、二聚丙三醇5份、三乙醇胺5份和二乙醇单异丙醇胺20份组成。
表面活性剂由辛基酚聚氧乙烯醚1份和烷基酚聚氧乙烯醚1份组成。
一种白水泥专用助磨剂的制备方法，配制水油体积比1:9的典型微乳液，将0.22M水溶液滴加到45ml正庚烷中，水溶液由5-15份聚合多元醇、10-30份纳米晶核核5-15份无机盐混合组成，磁力搅拌下，交替滴加表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚，直到体系某一瞬间突然变得均一、透明即形成反相微乳液，计算得到最终水与表面活性的质量比ω为0.4微乳液助磨剂成品。
一种白水泥专用助磨剂的应用，用于白色硅酸盐水泥在制备过程中磨细的混合材料。在水泥粉磨生产中，通过离心泵将助磨剂成品掺入到球磨机的水泥磨头中，然后按照水泥生产量的0.05％调节助磨剂的流量，将助磨剂与水泥原料一同进入球磨机内进行粉磨。
实施例2：
一种白水泥专用助磨剂，由以下重量份的原料制成，聚合醇58份、纳米材料30份、无机盐类12份和表面活性剂6份。
纳米材料为纳米CaCO3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3中的至少一种。
无机盐类为氯化钠、硫酸钠、甲酸钠、硫氰酸钠、氯化钙、甲酸钙中的至少一种。
聚合醇由二乙二醇10份、丙三醇8份、二聚丙三醇7份、三乙醇胺8份和二乙醇单异丙醇胺25份组成。
表面活性剂由辛基酚聚氧乙烯醚3份和烷基酚聚氧乙烯醚3份组成。
实施例3：
一种白水泥专用助磨剂，由以下重量份的原料制成，聚合醇80份、纳米材料50份、无机盐类20份和表面活性剂10份。
纳米材料为纳米CaCO3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3中的至少一种。
无机盐类为氯化钠、硫酸钠、甲酸钠、硫氰酸钠、氯化钙、甲酸钙中的至少一种。
聚合醇由二乙二醇15份、丙三醇10份、二聚丙三醇15份、三乙醇胺10份和二乙醇单异丙醇胺30份组成。
表面活性剂由辛基酚聚氧乙烯醚5份和烷基酚聚氧乙烯醚5份组成。
表1为白水泥熟料矿物组成，熟料主要以C3S、C2S为主，其中C3S(M1)为45.74％，C3S(M3)为24.45％，C2S％为26.39％，C3A及C4AF含量较少，只有0.43％和0.46％。
利用小磨实验模拟水泥实际生产，使用白水泥熟料、石膏和白石按照实际生产P.W52.5水泥比例(90：1:9)加入小型球磨机中配制5kg白水泥试样，粉磨时间控制勃氏比表为(350±10)m2/kg的时间，助磨剂掺量为0.05％-0.1％。对不同的出磨水泥样进行全套物检分析。对比掺入不同助磨剂后水泥45μm筛余的变化判断助磨剂对提高水泥粉磨效率的效果，从而判断其在实际生产中的提产效果。
进行24h的工业化大磨试验，并通过对大磨实验前后水泥样进行水化热分析，对比掺入白水泥专用助磨剂前后水泥样的3d水化放热情况，分析助磨剂提强机理。
表1白水泥矿物组成
Figure BDA0003865724500000051
表2白水泥专用助磨剂小磨实验
Figure BDA0003865724500000052
Figure BDA0003865724500000061
表3白水泥专用助磨剂大磨实验
Figure BDA0003865724500000062
从表2中可以看出，在小磨实验中，掺入白水泥专用助磨剂后有较好的提强效果，3d强度比空白白水泥样提高2.9MPa。28d强度提高1.7MPa。在广东某白水泥公司进行的大磨生产试验生产数据如表3所示，掺入白水泥专用助磨剂后台产比提高3.2t/h，提产幅度达22％，吨水泥电耗从78.59kWh/t下降到64.51kWh/t，降低幅度达18％。从表3质量数据看，掺入白水泥专用助磨剂后3d强度由30.6MPa，提高到36.2MPa，提高幅度18％，28d强度从60.4MPa提高至63.1MPa。同时，对比标稠和凝结时间等质量数据并无多大变化，表明掺入白水泥专用助磨剂后对水泥质量无坏的影响。综上，白水泥专用助磨剂对提产、降电耗、提高白水泥3d、28d强度均有较好效果。
图1、图2分别为掺和未掺白水泥专用助磨剂的两种水泥样3天瞬时放热曲线及累积放热曲线，图1中实时热量高的曲线代表研发，图2中累积热量高的曲线代表研发，从3天累积放热量看，掺白水泥专用助磨剂放热量达273.72J/g，比未掺助磨剂的261.83J/g高11.89J/g，表明掺入白水泥专用助磨剂后激发了C3S的活性，在早期具有更快的水化速度，从而获得更高的早期强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种白水泥专用助磨剂，其特征在于：由以下重量份的原料制成，聚合醇40-80份、纳米材料10-50份、无机盐类5-20份和表面活性剂2-10份。
2.根据权利要求2所述的一种白水泥专用助磨剂，其特征在于：纳米材料为纳米CaCO3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种白水泥专用助磨剂的制备方法及其应用，其特征在于：无机盐类为氯化钠、硫酸钠、甲酸钠、硫氰酸钠、氯化钙、甲酸钙中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种白水泥专用助磨剂，其特征在于：聚合醇由二乙二醇5-15份、丙三醇5-10份、二聚丙三醇5-15份、三乙醇胺5-10份和二乙醇单异丙醇胺20-30份组成。
5.根据权利要求1所述的一种白水泥专用助磨剂，其特征在于：表面活性剂由辛基酚聚氧乙烯醚1-5份和烷基酚聚氧乙烯醚1-5份组成。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种白水泥专用助磨剂的制备方法，其特征在于：配制水油体积比1:9的典型微乳液，将0.22M水溶液滴加到45ml正庚烷中，水溶液由5-15份聚合多元醇、10-30份纳米晶核核5-15份无机盐混合组成，磁力搅拌下，交替滴加表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚，直到体系某一瞬间突然变得均一、透明即形成反相微乳液，计算得到最终水与表面活性的质量比ω为0.4微乳液助磨剂成品。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种白水泥专用助磨剂的应用，其特征在于：用于白色硅酸盐水泥在制备过程中磨细的混合材料。
8.根据权利要求7所述的一种白水泥专用助磨剂的应用，其特征在于：在水泥粉磨生产中，通过离心泵将助磨剂成品掺入到球磨机的水泥磨头中，然后按照水泥生产量的0.05％调节助磨剂的流量，将助磨剂与水泥原料一同进入球磨机内进行粉磨。
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