CN113816630A - 一种水泥助磨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助磨剂及其制备方法和应用，所述水泥助磨剂包括聚合多元醇、三聚磷酸钠和木钙。本发明还提供了所述水泥助磨剂的制备方法。本发明提供的水泥助磨剂不仅能够提高助磨效果，提高水泥的细度、改善水泥的流动性和保水性，还可以提高水泥早期及后期强度；同时，本发明提供的助磨剂配方简单，减少醇胺类物质的加入量，降低助磨剂的生产成本、提高助磨剂的环保性，并且可降低水泥生产过程中单位成本、节约资源、减少碳排放量。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种水泥助磨剂及其制备方法和应用。
背景技术
水泥是一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利和国防等工程，现有的水泥通常与水泥助磨剂进行复配使用。在水泥熟料的粉磨过程中加入水泥助磨剂，能够提高物料的可磨性，阻止微细颗粒的黏结、团聚和在水泥球磨机衬板及研磨介质上的粘附，提高水泥球磨机内物料的流动性，从而提高产品细度和细颗粒产品产量，降低粉碎极限和产品的单位能耗显著提高粉磨效率或降低能耗。
目前，使用水泥助磨剂还能够在不增加粉磨水和不改变粉磨时间的情况下，提高年度生产量及降低劳动力，扩大生产规模，降低每吨水泥的耗电量，降低生产成本。其中，复合型助磨剂还含有对粉煤灰、矿粉等水泥混合材料起到激发其潜在活性作用的激发剂，提高水泥强度。但是现有的水泥助磨剂由于配方或者原料选择等不合理，存在助磨效果和水泥增强效果不佳，性价比不高以及环保性低的问题。
CN108947312A公开了一种早强型功能助磨剂，所述助磨剂包含60～80份的水、0～20份的二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)、0～20份的三聚磷酸钠(STPP)、0～20份的糖蜜和0～5份的丙二醇，本发明的早强型功能助磨剂在使用过程中与水泥复配使用，早强型功能助磨剂与水泥的质量比为1:1000。该水泥助磨剂仅可以提高水泥早期强度，但对水泥后期强度和助磨剂的环保性并未关注。
CN102126843A公开了一种水泥助磨剂及其制备方法，所述水泥助磨剂包括8-20wt％的三乙醇胺，0-10wt％的三异丙醇胺，8-20wt％的二醇副产品，0-10wt％的合成甘油，0-25wt％的糖蜜，0-5wt％的木钙，0-15wt％的聚氨基甲酸酯，0-10wt％的胱氨酸，3-5wt％的山梨醇，5-10wt％的羧甲基纤维素钠，0-5wt％的柠檬酸，0-5wt％的硅粉，0-5wt％的粉煤灰，其余为水。虽然采用超声处理工艺制备出的水泥助磨剂能够提高水泥磨台时产量，降低能耗，显著改善水泥性能，但其助磨剂配方复杂，并且未考虑助磨剂的生产成本以及环保的问题。
CN107382123A公开了一种高效水泥液体助磨剂，由以下重量份的原料制成：醇胺类化合物、丙三醇、焦磷酸钠、保水材料、造纸黑液、糖类、聚四氟乙烯、黄原胶份、亚硝酸钠、工业盐、木钙、醋酸钠、乙二醇、甲酸钙、马来酸酐、木质素磺酸钠、其余为水；制备方法包括如下步骤：配药、混合搅拌、搅拌冷却和调节PH。该助磨剂配方复杂，并且也未考虑助磨剂的生产成本以及环保的问题。
因此，如何合理设计助磨剂配方，使得制备得到的水泥助磨剂不仅具有优良的助磨效果，提高水泥的细度、改善水泥的流动性、保水性，还能够提高水泥早期及后期强度；同时降低助磨剂的生产成本，提高助磨剂的环保性至关重要。
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水泥助磨剂及其制备方法和应用，通过三聚磷酸钠、聚合多元醇和木钙间的协同作用，不仅能够提高助磨效果，提高水泥的细度、改善水泥的流动性和保水性，还可以提高水泥早期及后期强度；同时，本发明提供的助磨剂配方简单，减少醇胺类物质的加入量，进而降低助磨剂的生产成本、更加环保；并且可降低水泥生产过程中单位成本、节约资源、减少碳排放量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种水泥助磨剂，所述水泥助磨剂包括聚合多元醇、三聚磷酸钠和木钙。
本发明提供的水泥助磨剂中的三聚磷酸钠、聚合多元醇和木钙间具有协同作用，其中，聚合多元醇有极强的分散性和消除静电的作用，能大幅度降低物料的硬度和强度，三聚磷酸钠能提高胶融也能降低矿浆的粘度，而此时木钙本身的分散能力在分散矿浆的同时也把聚合多元醇及三聚磷酸钠分散出去，使聚合多元醇及三聚磷酸钠在矿浆里头发布更加均匀，从而进一步提高了物料的研磨效率。
此外，通过三聚磷酸钠、聚合多元醇和木钙间的协同作用，还能够降低水泥物料表面能，明显降低粉体团聚现象，使水泥粉体的流动性增加，改善研磨颗粒的级配，使粉料得到充分的粉磨，增加微粉颗粒含量，同时还能够参与水泥后期的水化反应。因此，本发明提供的水泥助磨剂不但可以提高水泥的细度、改善水泥的流动性、保水性，还能够提高水泥早期及后期强度。同时，本发明提供的助磨剂配方简单，减少醇胺类物质的加入量，进而降低助磨剂的生产成本、更加环保；并且可降低水泥生产过程中单位成本、节约资源、减少碳排放量。
本发明提供的水泥助磨剂可以吸附在新生表面，减小裂纹扩展所需的外应力，从而促进裂纹的扩展；而根据格里菲定律，脆性断裂所需的最小应力与物料的比表面能成正比。因此，本发明提供的水泥助磨剂能够降低水泥物料表面能，提高研磨效率及降低研磨能耗。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水泥助磨剂中聚合多元醇的重量份为10～15份，例如可以是10份、11份、12份、12.5份、13份、13.5份、14份或15份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；优选为12～14份。
本发明特别限定了聚合多元醇为10～15份，当聚合多元醇的含量高于15份时，会导致后期水泥凝结时间变长，这是由于过多的残留聚合多元醇有缓凝作用；当聚合多元醇的含量低于10份时，会导致水泥无法研磨到我们所需要的比表面积，这是由于聚合多元醇用量不足导致研磨效率低下。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水泥助磨剂中三聚磷酸钠的重量份为5～10份，例如可以是5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、9份或10份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；优选为6～8份。
本发明特别限定了三聚磷酸钠为5～10份，当三聚磷酸钠的含量高于10份时，可能会导致后期水泥凝结时间变长，这是由于过多的残留三聚磷酸钠会有缓凝效果；当三聚磷酸钠的含量低于5份时，会导致水泥无法研磨到我们需要的比表面积，这是由于三聚磷酸钠用量不足导致研磨效率低下。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水泥助磨剂中木钙的重量份为3～7份，例如可以是3份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份或7份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；优选为4～6份。
本发明特别限定了木钙为3～7份，当木钙的含量高于7份时，会导致水泥适应性变差，这是由于一方面过多的木钙会让水泥研磨的更细，这会让水泥早期水化过快从而产生各种适应性的问题，例如塌损快；另一方面过多的木钙会残留在水泥里使后期在使用水泥的过程产生不少气泡等；当木钙的含量低于3份时，会导致导致研磨效果低下，这是由于木钙用量不足使助磨剂分散能力下降。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水泥助磨剂还包括二乙醇单异丙醇胺。
优选地，所述二乙醇单异丙醇胺的重量份为15～25份，例如可以是15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份和25份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水泥助磨剂还包括三乙醇胺。
优选地，所述三乙醇胺的重量份为15～20份，例如可以是15份、16份、17份、18份、19份或20份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述水泥助磨剂还包括消泡剂。
优选地，所述水泥助磨剂中消泡剂的重量份为0.01～0.2份，例如可以是0.01份、0.03份、0.05份、0.08份、0.1份、0.13份、0.15份、0.18份或0.2份，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的水泥助磨剂的制备方法，所述制备方法包括：
将三聚磷酸钠、木钙、聚合多元醇与任选的二乙醇单异丙醇胺和/或三乙醇胺在溶剂中混合溶解，得到所述水泥助磨剂。
本发明提供的水泥助磨剂的制备方法工艺简单，在常温常压下将原料混合均匀即可得到本发明的水泥助磨剂，成本低廉，易于推广应用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备方法具体包括：
将所述三聚磷酸钠和木钙加入溶剂中溶解后得到一次混合溶液，随后将所述二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺和聚合多元醇加入所述一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将消泡剂加入所述二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂。
优选地，所述溶剂包括水。
优选地，所述溶解的过程均在搅拌条件下进行。
第三方面，本发明提供了一种水泥，所述水泥包括第一方面所述的水泥助磨剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的水泥助磨剂及其制备方法，通过三聚磷酸钠、聚合多元醇和木钙间的协同作用，不仅能够提高助磨效果，降低研磨能耗，提高水泥的细度、改善水泥的流动性和保水性，还可以提高水泥早期及后期强度。
(2)本发明提供的助磨剂配方简单，同时减少醇胺类物质的加入量，进而降低助磨剂的生产成本、更加环保；并且可降低水泥生产过程中单位成本、节约资源、减少碳排放量。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种水泥助磨剂，所述水泥助磨剂的组成为：20份的二乙醇单异丙醇胺、18份的三乙醇胺、13份的聚合多元醇(JY-20938)、7份的三聚磷酸钠、5份的木钙、0.1份的消泡剂和36.9份的水；
所述水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将7份三聚磷酸钠和5份木钙加入36.9份水中溶解后得到一次混合溶液，随后将20份二乙醇单异丙醇胺、18份三乙醇胺和13份聚合多元醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.1份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂。
实施例2
本实施例提供了一种水泥助磨剂，所述水泥助磨剂的组成为：15份的二乙醇单异丙醇胺、20份的三乙醇胺、10份的聚合多元醇(JY-20938)、10份的三聚磷酸钠、3份的木钙、0.01份的消泡剂和41.99份的水；
所述水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将10份三聚磷酸钠和3份木钙加入41.99份水中溶解后得到一次混合溶液，随后将15份二乙醇单异丙醇胺、20份三乙醇胺和10份聚合多元醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.01份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂。
实施例3
本实施例提供了一种水泥助磨剂，所述水泥助磨剂的组成为：25份的二乙醇单异丙醇胺、15份的三乙醇胺、15份的聚合多元醇(JY-20938)、5份的三聚磷酸钠、7份的木钙、0.2份的消泡剂和32.8份的水；
所述水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将5份三聚磷酸钠和7份木钙加入32.8份水中溶解后得到一次混合溶液，随后将25份二乙醇单异丙醇胺、15份三乙醇胺和15份聚合多元醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.2份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂。
实施例4
本实施例提供了一种水泥助磨剂，所述水泥助磨剂的组成为：20份的二乙醇单异丙醇胺、18份的三乙醇胺、12份的聚合多元醇(JY-20938)、8份的三聚磷酸钠、4份的木钙、0.1份的消泡剂和37.9份的水；
所述水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将8份三聚磷酸钠和4份木钙加入37.9份水中溶解后得到一次混合溶液，随后将20份二乙醇单异丙醇胺、18份三乙醇胺和12份聚合多元醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.1份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂。
实施例5
本实施例提供了一种水泥助磨剂，所述水泥助磨剂的组成为：20份的二乙醇单异丙醇胺、18份的三乙醇胺、14份的聚合多元醇(JY-20938)、6份的三聚磷酸钠、6份的木钙、0.1份的消泡剂和35.9份的水；
所述水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将6份三聚磷酸钠和6份木钙加入35.9份水中溶解后得到一次混合溶液，随后将20份二乙醇单异丙醇胺、18份三乙醇胺和14份聚合多元醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.1份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中聚合多元醇(JY-20938)为17份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中聚合多元醇(JY-20938)为8份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中三聚磷酸钠为12份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中三聚磷酸钠为3份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中木钙为8份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
实施例11
本实施例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中木钙为2份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中省去了聚合多元醇(JY-20938)和三聚磷酸钠，并将聚合多元醇和三聚磷酸钠的总份数按所述水泥助磨剂的配方比例分配到其余组分，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中省去了聚合多元醇(JY-20938)和木钙，并将聚合多元醇和木钙的总份数按所述水泥助磨剂的配方比例分配到其余组分，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中省去了三聚磷酸钠和木钙，并将三聚磷酸钠和木钙的总份数按所述水泥助磨剂的配方比例分配到其余组分，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中省去了聚合多元醇(JY-20938)，并将聚合多元醇的份数按所述水泥助磨剂的配方比例分配到其余组分，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中省去了三聚磷酸钠，并将三聚磷酸钠的份数按所述水泥助磨剂的配方比例分配到其余组分，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于，所述水泥助磨剂的组成中省去了木钙，并将木钙的份数按所述水泥助磨剂的配方比例分配到其余组分，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
将实施例1-11与对比例1-6所制备的水泥助磨剂掺入水泥(水泥型号PO42.5；水泥助磨剂的掺杂量为0.1wt％)后的性能测试结果见表1。
表1
由表1数据可以看出：
(1)实施例1-5的水泥助磨剂具有高助磨效果，并且显著提高了水泥的流动性和保水性；同时，本发明提供的水泥助磨剂还有效提高了水泥早期及后期的强度。
(2)实施例6的水泥助磨剂的助磨效果和对水泥流动性的改善程度与实施例1相差不大，但是其对水泥早期和后期的强度的改善程度低于实施例1，这是由于实施例6中聚合多元醇的加入量过高，过多的残留聚合多元醇有缓凝作用，导致后期水泥凝结时间变长，进而水泥强度较差。实施例7的水泥助磨剂的助磨效果、以及对水泥流动性和强度的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例7中聚合多元醇的加入量过低，聚合多元醇用量不足导致研磨效率低下，导致无法将水泥研磨到我们需要的比表面积。因此，聚合多元醇的加入量对本发明水泥助磨剂的整体性能具有明显的影响。
(3)实施例8的水泥助磨剂的助磨效果和对水泥流动性的改善程度与实施例1相差不大，但是其对水泥早期和后期的强度的改善程度低于实施例1，这是由于实施例8中三聚磷酸钠的加入量过高，过多的残留三聚磷酸钠有缓凝作用，导致后期水泥凝结时间变长，进而水泥强度较差。实施例9的水泥助磨剂的助磨效果、以及对水泥流动性和强度的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例9中聚合多元醇的加入量过低，三聚磷酸钠用量不足导致研磨效率低下，导致无法将水泥研磨到我们需要的比表面积。因此，三聚磷酸钠的加入量同样对本发明水泥助磨剂的整体性能具有明显的影响。
(4)实施例10的水泥助磨剂的助磨效果和对水泥流动性的改善程度与实施例1相差不大，但是其对水泥早期和后期的强度的改善程度低于实施例1，这是由于实施例10中木钙的加入量过高，过多的木钙一方面会让水泥研磨的更细，这会让水泥早期水化过快从而产生各种适应性的问题，例如塌损快，另一方面过多的木钙会残留在水泥里使后期使用水泥时会产生不少气泡等。实施例11的水泥助磨剂的助磨效果、以及对水泥流动性和强度的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例11中木钙的加入量过低，木钙用量不足使助磨剂分散能力下降，导致研磨效果较差。因此，木钙的加入量也会对本发明水泥助磨剂的整体性能具有明显的影响。
(5)对比例1-6的水泥助磨剂的助磨效果、以及对水泥流动性和强度的改善程度均低于实施例1，这是由于对比例1省去了聚合多元醇和三聚磷酸钠；对比例2省去了聚合多元醇和木钙；对比例3省去了三聚磷酸钠和木钙；对比例4省去了聚合多元醇；对比例5省去了三聚磷酸钠；对比例6省去了木钙。由对比例1-3的数据可以看出，本发明提供的水泥助磨剂中三聚磷酸钠、聚合多元醇和木钙之间具有协同作用，通过三者之间的协同作用不仅能够提高助磨效果，提高水泥的细度、改善水泥的流动性和保水性，还可以提高水泥早期及后期强度，有效增强了水泥助磨剂的整体性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂包括聚合多元醇、三聚磷酸钠和木钙。
2.根据权利要求1所述的水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂中聚合多元醇的重量份为10～15份，优选为12～14份。
3.根据权利要求1或2所述的水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂中三聚磷酸钠的重量份为5～10份，优选为6～8份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂中木钙的重量份为3～7份，优选为4～6份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂还包括二乙醇单异丙醇胺；
优选地，所述二乙醇单异丙醇胺的重量份为15～25份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂还包括三乙醇胺；
优选地，所述三乙醇胺的重量份为15～20份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的水泥助磨剂，其特征在于，所述水泥助磨剂还包括消泡剂；
优选地，所述消泡剂的重量份为0.01～0.2份。
8.一种权利要求1-7任一项所述的水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将三聚磷酸钠、木钙、聚合多元醇与任选的二乙醇单异丙醇胺和/或三乙醇胺在溶剂中混合溶解，得到所述水泥助磨剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：
将所述三聚磷酸钠和木钙加入溶剂中溶解后得到一次混合溶液，随后将所述二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺和聚合多元醇加入所述一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将消泡剂加入所述二次混合溶液溶解得到所述水泥助磨剂；
优选地，所述溶剂包括水；
优选地，所述溶解的过程均在搅拌条件下进行。
10.一种水泥，其特征在于，所述水泥包括权利要求1-7任一项所述的水泥助磨剂。
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