矿物地质温度压力计

1、矿渣助磨剂的研究    摘要:尝试用数种化学试剂作为矿渣助磨剂，以评定它们的助磨效果。每种试剂都在完全相同的粉磨条件下与矿渣共磨，每隔一定时间测其比表面积并与矿渣空白样对比；之后对其中掺入有效助磨剂粉磨得到的矿粉试样进行激光粒度分析和图像分析仪的颗粒形貌分析；同时，又研究了助磨剂对矿渣-水泥体系标准稠度用水量、凝结时间、胶砂强度等各项性能的影响。并对有效助磨剂的合适掺量进行探索。    关键词:矿渣；助磨剂；颗粒群分布及形貌；比表面积；标准稠度用水量；凝结时间；强度    A

2、bstract:Several kinds of chemical agents were used as slag grinding aid to study their grinding effects.Every agent was added to slag which was grinded in the same condition.Specific areas of slag with grinding acid were tested after certain grinding time and compared with that of the slag without g

3、rinding aid.The samples which were grinded with effective aid were analyzed by laser granulometer and image analysis.Furthermore，water requirement of normal consistency，setting time and mortar strength of the samples were tested.The suitable addition content of the grinding aid was also studied.

4、0;   Key words:slag；grinding aid；particle size distribution and particle pattern；specific surface；water requirement of normal consistency；setting time；strength 中图分类号:TQ172.463文献标识码:A文章编号:1002-9877(2003)04-0009-040引言超细磨矿渣、粉煤灰以及硅灰等作为高性能混凝土的一种矿物外加剂在混凝土界已被进行了广泛的研究。然而，矿物外加剂达到一定细度后，再进一步磨细相当

5、困难。因此，它制约了超细磨矿物外加剂的推广应用。而对于矿物外加剂助磨剂的研究，远不如对水泥助磨剂那样广泛和深入。对水泥助磨剂的研究中，三乙醇胺是公认的高效助磨剂，但由于价格昂贵，难以推广。文献1-5研究了其它一些水泥助磨剂。南京化工大学的江朝华等人深入研究了助磨剂的助磨机理及增强机理，并在此基础上开发成功A助磨剂(含羟基的非离子表面活性剂)。加拿大的N.Bouzoubaa和M.H.Zhang等人在粉磨水泥时加入了一种萘系超塑化剂作为助磨剂共同粉磨。在给定粉磨时间和粉磨细度2种条件下测定了粉磨细度、时间以及由粉磨好的水泥制成的胶砂的坍落度损失、空气含量稳定性、泌水性、自热升温、凝结时间和抗压强度

6、等各方面性能；并且与标准硅酸盐水泥和在胶砂中加入相同量萘系超塑化剂的水泥的各方面性能情况作了横向比较。由于外加剂的粉磨特性与水泥有所不同，对水泥适合的助磨剂对它们未必适合。正是基于这一点，我们在了解了助磨剂的助磨机理后尝试了不同种类、不同掺量的有机、无机试剂作为矿渣助磨剂在相同的粉磨条件下进行粉磨试验和较系统的比较、研究，以期获得具有较佳助磨效果的助磨剂及其最佳的掺量。1试验内容及结果1.1原材料试验所用矿渣、水泥熟料、二水石膏等原材料取自上海宝山水泥厂，其化学成分见表1。试验中所用水泥为92%熟料+8%二水石膏自制而成。试验所用助磨剂名称及掺量见表2。 表1 原材料化学成分 % 成分 SiO

7、2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO fCaO 熟料 20.66 5.18 6.03 58.7 1.21 0.67 二水石膏 5.97 0.43 1.78 30.34 1.26 矿渣 33.18 1.53 13.19 39.25 9.36 表2 助磨剂名称及掺量 成分 多元醇 胺类 萘系 硫酸盐 木质素 水玻璃 铝酸盐 代号 B B B C C C E E E F F F G H I I I 掺量W/% 0.012 0.02 0.04 0.1 0.2 0.3 0.04 0.07 0.14 0.03 0.06 0.10 0.04 0.07 0.036 0.07 0.14注：W表示粉磨时助磨

8、剂叶矿渣的质量百分数。1.2各类助磨剂不同掺量、不同粉磨时间下的比表面积测定用实验室标准球磨机对粒状高炉矿渣按每次粉磨5kg，掺入表2所列的各类助磨剂，粉磨至一定时间取样，采用勃氏透气仪测其比表面积，表3为试验结果(其中A为不掺助磨剂的空白样)。 表3 比表面积测定结果 m2/kg 粉磨时间/h 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 A 233 343 411 475 499 536 B 371 477 548 B 251 376 459 517 539 556 B 354 478 547 C 337 473 522 C 184 328 404 481 520 559 C 330 4

9、77 547 E 337 505 566 E 194 346 453 512 552 569 E 348 502 572 F 355 506 580 F 182 323 411 479 525 574 F 358 499 580 G 225 343 420 465 499 529 H 184 322 410 460 527 549 I 361 501 569 I 212 342 434 506 545 577 I 360 498 5941.3矿渣粉磨试样激光粒度检测取表3中粉磨时间为2.5h的各矿渣试样，进行激光粒度检验，结果见表4。 表4 激光粒度检验各试样累计筛余 % 粒径/m A2.5

10、B2.5 C2.5 E2.5 F2.5 I2.5 0.4 2.92 1.01 2.63 2.08 1.80 1.32 0.7 5.98 4.08 6.16 5.04 5.66 4.84 1 9.27 8.13 10.2 8.29 10.5 9.35 2 21.2 21.5 25.2 19.0 27.6 24.4 3 32.4 31.3 37.9 28.2 41.5 35.3 4 42.1 38.7 47.7 36.0 52.3 43.4 5 50.2 45.1 55.4 42.7 60.9 49.9 6 56.9 50.6 61.5 48.4 67.8 55.4 8 67.3 60.1 70.

11、4 57.6 77.9 64.2 10 74.4 67.6 76.2 64.1 84.4 70.6 15 84.3 80.6 84.2 74.3 92.1 80.6 20 89.9 89.0 89.4 81.2 96.1 87.2 25 93.4 94.3 93.0 86.0 98.5 91.7 30 95.3 97.2 95.0 89.1 99.6 94.4 40 97.3 99.4 97.2 93.0 99.99 96.9 50 98.3 99.9 98.6 95.6 100 98.2 60 99.0 99.998 99.5 97.4 100 99.1 75 99.8 100 99.97

12、98.8 100 99.8 80 99.9 100 99.99 99.1 100 99.9 90 99.98 100 100 99.4 100 99.97 100 99.999 100 100 99.7 100 99.997 200 100 100 100 100 100 1001.4矿渣粉体颗粒形貌分析采用Quantiment-600图像分析仪对粉磨时间为1.5h的A1.5、B1.5、C1.53个试样进行颗粒群形貌分析，并以如下指标量化表征其形貌特征。1.4.1圆度表示颗粒投影与圆的接近程度。计算公式为: 式中:A颗粒的投影面积；L颗粒的投影周长。1.4.2表面粗糙度表示颗粒表面结构的形状指

13、数。计算公式为:Z=L2/12.64A(2)颗粒越粗糙，Z越大。1.4.3伸长度表示颗粒长径与短径之比。该指标衡量颗粒的取向性。表5为A1.5、B、C3个试样颗粒群圆度、表面粗糙度、伸长度的累积值。 表5 颗粒群形貌分析累积值 试样 A1.5 B1.5 C1.5 圆度 0.857 0.854 0.853 粗糙度 1.166 1.170 1.171 伸长度 1.453 1.679 1.6631.5标准稠度用水量及凝结时间测定为考察掺入助磨剂后对矿渣-水泥净浆体系的影响，以50%矿渣(粉磨时间为3h)+50%自制纯水泥制成复合胶凝粉体材料，参照GB/T1346-2001进行净浆标准稠度用水量及凝结

14、时间测定，结果见表6。 表6 净浆标准稠度用水量及凝结时间测定结果 试样 L1A L1B L1C L1E L1F L1I 标准稠度用水量/% 29.7 26.4 29.2 28.6 28.8 28.4 初凝/(h:min) 3：26 2：30 3：01 2：39 3：07 2：30 终凝/(h:min) 5：46 4：50 5：21 4：31 5：22 4：22注：L1代表纯水尼，L1A表示50% L1纯水泥+50%A矿渣组成的复合胶凝材料试样，其它同。1.6胶砂强度检验以50%矿渣(粉磨时间为3h)+50%自制纯水泥制成复合胶凝粉体材料，参照GB/T17671-1999，进行胶砂强度检验，结

15、果见表7。 表7 胶砂强度检验结果 MPa 试样 L1A L1B L1C L1E L1F L1I 3d 抗折 5.92 5.93 5.14 6.72 5.80 5.75 抗压 35.7 38.6 33.9 35.9 34.0 36.7 7d 抗折 7.54 7.49 7.38 6.83 6.00 7.06 抗压 42.8 43.7 43.0 41.9 36.4 41.7 28d 抗折 8.57 8.75 9.49 8.59 8.27 8.53 抗压 62.5 63.2 67.7 64.9 59.6 61.12结果分析与讨论2.1助磨剂对矿渣颗粒群特征的影响2.1.1助磨剂对矿渣细度的影响由表3

16、比表面积值可见，木质素、水玻璃这2类助磨剂对矿渣细度的增加没有效果，另几类助磨剂对矿渣细度的增加均有不同程度的效果。为直观起见，我们将表3有效果试样的比表面积值绘成折线图，见图1。图1加入助磨剂后各试样不同粉磨时间的比表面积由图1可见，加入多元醇的B试样在各个粉磨时间均有助磨效果，尤其是粉磨时间在1.52.5h时，相对空白样A提高约11.4%。胺类(C)和硫酸盐(F)助磨剂的助磨效果相似:均是在粉磨时间超过2h后才显现出较明显的助磨效果，比表面积提高最大值均在粉磨3h处，分别为23m2/kg和37m2/kg，相对空白样提高4.3%和6.9%。萘系(E)和铝酸盐(I)助磨剂的助磨效果介于前2类之

17、间:均是在粉磨时间超过1h后逐步显现出其助磨效果，比表面积提高最大值在粉磨2.5h处，分别为53m2/kg和47m2/kg左右，相对空白样提高10.6%和9.4%。从表3还可以得出:有助磨效果的多元醇作为助磨剂时以标准掺量B为宜；萘系助磨剂的使用量变化对粉磨效果影响不明显，故以减量E-掺量为宜；胺类作助磨剂时以标准掺量C为宜；硫酸盐作助磨剂时，其加量与减量的助磨效果均优于标准掺量且二者效果相近，故采用减量F-掺量为宜；铝酸盐作助磨剂时以加量I+掺量为宜。2.1.2助磨剂对矿渣颗粒群分布的影响使用激光粒度分析仪对磨细矿渣样品(2.5h)进行了粒度分析，在得到不同粒径分布后，使用RRB分布对数据进

18、行处理，表8为各试样的均匀性系数。 表8 各试样RRB分布均匀性系数 A2.5 B2.5 C2.5 E2.5 F2.5 I2.5 0.775 3 1.209 7 0.986 6 0.928 1 1.230 6 1.017 7由表8可以发现:加入助磨剂后矿渣试样的颗粒群分布明显变窄。2.1.3助磨剂对矿渣颗粒形貌特征的影响由表5结果可知，加入助磨剂后矿渣颗粒群总体圆度下降，粗糙度、伸长度上升。说明加入助磨剂后矿渣颗粒偏离圆的程度加大、表面较粗糙、颗粒的取向性增大。上述3个方面说明助磨剂的加入使矿渣的细度、颗粒群分布、颗粒形貌均产生不同程度的变化，究其原因，认为有如下几点:1)助磨剂分子在粉磨过程

19、中吸附于固体颗粒表面上，产生列宾捷尔效应:当存在界面吸附时，界面处的内聚力降低了，也就降低了界面张力，使物料颗粒的表面自由能减小，促使颗粒软化。因而在相同的粉磨时间下，使用助磨剂可以得到更高的粉磨细度。2)助磨剂吸附于固体颗粒表面上，减小了颗粒的表面力，亦即有减小颗粒间粘附力和团聚的作用。物料在粉磨过程中出现断裂，产生的新表面上存在了游离电价键，在没有外来离子或分子将这些活性点屏蔽时，它们会彼此吸引，使断裂面趋于复合。助磨剂的使用可以迅速提供外来电子或分子，平衡因粉碎而产生的不饱和价键，防止颗粒再度聚结，从而抑制粉碎逆过程的进行。因而在使用了助磨剂后，矿渣粉体中粒径较大的颗粒的数量减少而中等粒

20、径的颗粒数量增加，使颗粒群分布相对集中。3)由于列宾捷尔效应，加入助磨剂后，颗粒上原有的裂缝在吸附表面活性剂分子并形成吸附层后更容易扩展，防止裂缝的愈合；同时助磨剂吸附在颗粒表面上能平衡因粉碎而产生的不饱和价键，防止颗粒再度聚结，从而加剧了粉碎过程的进行，使颗粒圆度降低，表面粗糙度增大。2.2助磨剂对矿渣-水泥体系标准稠度用水量、凝结时间、胶砂强度的影响由表6可知，以50%A矿渣(未加助磨剂)+50%纯水泥试样L1A为对比，加入助磨剂B、C、E、F、I矿渣组成的试样L1B、L1C、L1E、L1F、L1I后，标准稠度用水量都有不同程度的下降，虽然B、C、E、F、I矿渣相对A矿渣比表面积都要大，这

21、说明多元醇、胺类、萘系、硫酸盐、铝酸盐这些助磨剂除具有助磨功能外都还有一定的减水功能，或者说具有提高流动性的作用。因为多元醇、胺类、萘系本身即为表面活性剂，而硫酸盐、铝酸盐均为可溶性盐类，在矿渣-水泥体系加入水后即可离解成硫酸根离子、铝酸根离子及相应的阳离子，这些离子能很快吸附到熟料颗粒表面那些由于离子或离子基团的溶出而呈电性的地方，从而减少了熟料颗粒由于电性相吸而产生的絮凝结构，即起到了减水效果。由表7胶砂强度结果可以发现，以不掺助磨剂的L1A试样为基准，除L1C的3d强度、L1F各龄期强度偏低外，其余均与L1A试样相近或有不同程度的提高。强度提高是矿粉细度增加的结果；而强度没有增加或下降则是由于其他一些原因造成的，如在减水的同时还具有一定缓凝、某些离子对水化产物的形成有不利作用等。这些还有待于进一步研究。3结论1)在选用的助磨剂中，多元醇、胺类、硫酸盐、萘系和铝酸盐经验证有较明显的矿渣助磨效果；而木质素、水玻璃则无助磨效果。2)加入以上几种有效助磨剂粉磨得到的矿粉制成的矿粉-水泥净浆的凝结时间符合国家标准，且相对