水泥已成為人類社會最主要的?不可替代的三大傳統建筑材料之一?2014年我國水泥產量24.1億t,連續30年居世界?但同時,即便如此水泥的產量仍然在增加,水泥工業年消耗約占4%全國能源總量?約有13億t石灰石;排放CO2 10億t(占總排放量的16%)NOx和SO2約200萬t煙塵?粉塵約620萬t,造成巨大環境負荷?近年來,隨著資源和能源的日漸緊缺以及國家相關政策的陸續出臺,水泥助磨劑作為水泥工業節能減排措施之一而廣泛應用?按每噸熟料0.98tCO2的碳排放量與70kW·h/t的生產電耗計算,使用水泥助磨劑后每噸水泥可降低12kW·h/t,綜合電耗?58.8kg熟料CO2排放量?水泥助磨劑組分包括醇胺類?醇類?無機鹽類等,其中鏈烷醇胺如三乙醇胺(TEA)?三異丙醇胺(TIPA)因其高性價比?優異增強能力而成為主要組分之一?
目前看來,水泥粉磨工藝中使用助磨劑,是適應水泥檢驗新標準?降低水泥生產成本及提高水泥質量的最可行辦法,助磨劑的研究與開發是每個水泥技術人員的科研任務.人們對醇胺類有機表面活性劑早已認同[4],有很多種化合物都是很好的助磨材料,如三乙醇胺?三異丙醇胺等.前者能提高粉磨效率,可提高產量約15%~20%左右,且能明顯提高水泥早期強度,不足是對水泥后期強度提高甚微,以致有所削弱;后者對提高粉磨效率與三乙醇胺有同樣的效果,對提高早期強度略差,且有引氣較大的缺點,優點是可提高水泥后期強度.為找出比前兩者助磨效果更好,且負面影響更小的新材料或組合材料,我們在眾多的化學助磨材料中篩選出二乙醇異丙醇胺(DEIPA)和木質素磺酸鈣(木鈣)進行實驗研究.
1 材料與方法
1.1 材料
(1)助磨材料.二乙醇異丙醇胺:為三乙醇胺同系物,非離子表面活性劑,呈弱堿性,具備良好的分散性和潤滑性,純度85%,工業級,.木質素磺酸鈣:為常用水泥減水劑原料,純度95%,工業級,河北石家莊海森化工有限公司生產.
(2)熟料:市面上常見的熟料.礦渣:市面上常見的廢料.石膏:市面上常見的廢料.
1.2 實驗儀器
100×60鄂式破碎機,500mm×500mm標準實驗磨,BT-9300H激光粒度測試儀,SF-150型水泥細度負壓篩析儀,GZ-85型水泥膠砂振動臺,NRJ-411型水泥膠砂攪拌機,ZS-15型水泥膠砂振實臺,DYZ-5000型電動抗折試驗機,NYL-300B型壓力試驗機.
1.3 方法
將水泥熟料?礦渣?石膏破碎,水泥組合物配比:熟料55%,礦渣37%,石膏8%.每次小磨試驗投料5㎏,將二乙醇異丙醇胺稀釋成約200mL水溶液,事先均勻灑入組合物中.同時,按不同要求進行小磨試驗,每次粉磨時間為25s.記錄摻加二乙醇異丙醇胺時其不同濃度對水泥物理性能的影響[5],以及木鈣與其配合使用時的濃度.
2 實驗結果與討論
2.1 不同濃度DEIPA對水泥組合物物理性能的影響
2.1.1 對篩余和對比表面積的影響
將不同量的二乙醇異丙醇胺加入到水泥組合物中做粉磨試驗,對比表面積和篩余的影響見圖1.表明摻加二乙醇異丙醇胺對比表面積的影響好壞無法判定[6];對篩余而言,加量在0.01%時與空白樣對比篩余就有明顯效果,篩余隨濃度增加而變小,但加量在0.04%以后變化呈平緩狀態,至0.05%后篩余略有上升趨勢,可認定濃度區間為0.02%~0.05%.
2.1.2 對抗折抗壓強度的影響
在對水泥組合物的強度影響方面看到,二乙醇異丙醇胺(DEIPA)對篩余有好的影響的同時也反映在對水泥壓強方面的影響,從圖2?圖3看出,對水泥3d和28d強度都有好的影響,對抗折強度影響較小,提高較平緩,但對抗壓強度影響較大,時可提高抗壓強度70MPa左右,添加量在0.01%時出現特殊點,對抗壓強度出現負值,但以后隨濃度增大影響加大,濃度在0.03%~0.04%區間,這同對篩余的影響也不謀而和,考慮到助磨材料的成本,可選定0.03%為單組份摻量.