新型高效水泥助磨剂的特性及科学选用市公开课金奖市赛课一等奖课件

新型高效水泥助磨剂特性及科学选取王栋民李端乐中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所E-mail：liduanle05威海第1页第1页混凝土与环境材料研究所主要研究结果ZK-RJD合成型水泥助磨剂及合成型助磨剂母液技术聚羧酸高性能减水剂分子结构设计与工业化生产技术混凝土化学外加剂系列产品生产技术煤矸石、脱硫石膏固体废弃物资源化利用技术ZK-HSL(HGM)高强自流平无收缩灌浆料外墙单层防水装饰砂浆技术建筑外墙外保温产品与技术第2页第2页目录助磨剂应用背景水泥粉磨工艺简介水泥助磨剂简介ZK-RJD合成型水泥助磨剂试验研究水泥助磨剂科学选取第3页第3页18.68亿排放约11.52亿吨CO2耗能巨大一、水泥助磨剂应用背景

水泥生产过程中粉磨工序消耗能量很高，而能量利用率又极低，造成每年水泥生产能耗很大。11.52亿电耗约为1868亿度第4页第4页应用背景预防粉体团聚，有效削弱或预防“包球”提升水泥粉磨效率（10%-20%），节约能源改进水泥质量，提升产品档次提升粉煤灰、矿渣等废弃物利用率使水泥工业由污染型向环境保护型转化使用助磨剂减少水泥生产成本第5页第5页应用背景在当代水泥工业中，水泥助磨剂已经成为水泥生产中提升粉磨效率、减少粉磨电耗、改进水泥性能、减少生产成本有效办法之一。第6页第6页二、水泥粉磨工艺简介水泥生产工艺：概括为两磨一烧：生料粉磨、锻烧和水泥终粉磨。粉磨设备：主要为：球磨机

伴随水泥工业生产大型化发展以及粉磨设备不断研发，逐步使用辊压机、联合粉磨、立磨等新型粉磨设备。第7页第7页球磨机特点：长处：结构简朴、设备投资小；出磨水泥粒径分布较好，粒形较好，有助于水泥水化。缺点：能耗太大，所消耗能量很少一部分(0.6～1%)用于增长物料比表面积；粉磨过程中由于静电作用，易发生糊球现象，影响水泥产量和质量。

在改进粉磨工艺基础上，处理球磨机缺点最佳办法之一：添加水泥助磨剂第8页第8页应用助磨剂惯用粉磨工艺：

1、开路粉磨系统

2、闭路粉磨系统

3、立磨：助磨剂在立磨中应用还处于试摸索阶段。第9页第9页三、水泥助磨剂简介助磨剂定义：《GB/T667-水泥助磨剂》原则中，其定义明确为：在水泥粉磨过程时加入起助磨作用而不损害水泥性能外加剂，其加入量不超出水泥质量1.0%。《GB175-通用硅酸盐水泥》原则中将助磨剂允许掺量改为不超出水泥质量0.5%，同时增长水泥中氯离子含量≤0.06%要求，其目的是为了规范我国助磨剂生产和质量，确保最后工程质量。第10页第10页3.1助磨剂作用机理助磨剂能够强化粉磨，作用机理非常复杂，尽管国内外对此进行了大量研究,不过还没有统一结论，提出了不同观点。国外列宾捷尔（Rehbinder）强度减弱理论和马杜里（Mardulier）颗粒分散理论是助磨剂起助磨作用机理经典学说，形成于上世纪三十年代和五十年代。第11页第11页列宾捷尔（Rehbinder）强度削弱理论：助磨剂吸附在颗粒表面上，继而能够渗入颗粒固有裂缝及在外力下新形成裂缝，扩大这些裂缝，并制止裂缝复合，改变颗粒表面结构，减少了颗粒强度和硬度，使得颗粒更易破碎，提升了粉碎效率。第12页第12页马杜里（Mardulier）颗粒分散理论：物料粉碎在于表面吸附活性剂之后改变了分散颗粒之间和研磨介质之间互相作用。表现为粘附性减少、减少了颗粒和研磨介质之间粘附现象，使物料流动性好。粘附性减少原因是活性剂减少了介电常数。助磨剂作为表面活性剂，对颗粒表面电荷起平衡作用，能够明显减小或消除颗粒间粘附和团聚，增长了颗粒流动性，提升粉磨效率。第13页第13页在国外研究基础上，国内各研究单位及高校也对助磨剂作用机理进行了探索和研究，取得了有益结论。不过国内也有几个不同说法，还是没有得到统一理论，从不同方面对助磨剂机理进行了阐述。主要有吸附降低硬度学说、粉体流变学调整理论、材料断裂机理学说、断裂价键理论、薄膜假说几个不同观点。第14页第14页助磨剂在水泥颗粒表面和断裂面上吸附示意图助磨剂吸附在水泥颗粒裂缝表面(刚形成裂缝分别带相反电荷)，中和电荷。3.2助磨剂助磨作用方式第15页第15页助磨剂吸附在水泥颗粒表面后使颗粒表面产生相同符合电荷，引起排斥力而使颗粒分散开。颗粒表面吸附有高分子表面活性剂时，它们在互相靠近时产生排斥作用，可使粉体分散体愈加稳定，不发生团聚，这就是高分子表面活性剂空间位阻作用。第16页第16页3.3助磨剂分类助磨剂种类繁多、助磨效果差别很大，应用较多就有百余种。水泥助磨剂普通按使用时状态进行分类：固体、液体和气体三种。常见固体和液体两种，国内应用较多以液体为主。按现在水泥工艺惯用助磨剂类型进行分类（见下表）：第17页第17页第18页第18页3.4新型高效水泥助磨剂特性1.复合型水泥助磨剂含有较多功效基团，是一些助磨单体有效组合，其组分大体分为有机成份和无机成份，属于有机成份主要有醇胺类化合物、多元醇、聚羧酸盐、木质素磺酸盐等。复合型水泥助磨剂不是助磨单体简朴混合，而是这些助磨单体互相协同作用，复合助磨剂功效较成份单一助磨剂性能效果有较大提升，被广泛应用于水泥粉磨工业中。国内应用较多复合型助磨剂掺量多为0.1%、0.03%等。第19页第19页水泥助磨剂是一个个性较强产品，受各个地域水泥熟料、混合材和各个水泥企业生产工艺等不同影响，助磨剂作用效果有较大差异。复合型水泥助磨剂在使用时要依据不同情况及时调整配方。因为受原材料价格连续走高影响，助磨剂行业竞争越来越激烈，复合型水泥助磨剂优势在逐步下滑，不过其主导地位还是不容忽略。第20页第20页

老式以三乙醇胺为主复合型助磨剂在使用过程中存在一些缺点，如：与混凝土外加剂适应性不好；复配助磨剂主要成份以三乙醇胺等为主，成本高；助磨性能不稳定，用量敏感；大部分助磨剂含盐量大，对生产优质耐久性水泥有害；功效单一；部分液体助磨剂中含有尿素、氨水等有害易挥发性物质，对人体有害。

在这种背景下，新型高效水泥助磨剂研发得到注重。第21页第21页2.合成型水泥助磨剂合成型水泥助磨剂以醇胺类改性物为主，用于改性化合物主要是一些小分子物质，这些化合物价格较廉价，在很大程度上减少了水泥助磨剂成本。助磨剂生产时采用特定合成工艺，按照一定配比进行醚化、酯化以及一些更为复杂反应。第22页第22页试验及大磨应用证实：合成型助磨剂效果稳定，对掺量变动不敏感，能够确保生产顺利进行。在助磨剂复配中，能够部分替换三乙醇胺等物质，在部分派方中甚至已经所有取代，取得较好效果。合成型水泥助磨剂将是以后水泥助磨剂发展一个有力方向。第23页第23页中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所开发研制ZK-RJD合成型水泥助磨剂，已经顺利应用于工业生产，助磨剂合成生产线已顺利建成投产，生产ZK-RJD型水泥助磨剂供应浙江、江苏、四川、河南、重庆、内蒙古等地水泥公司，取得较好效果，产品成本较市场助磨剂成本有大幅下降。第24页第24页3.高分子水泥助磨剂高分子助磨剂依托其表面活性分散性能和功效基团作用达到对水泥颗粒粉磨分散及水化诱导作用，其应用性能稳定。高分子助磨剂将各功效基团组合到分子链结构中，其助磨效果较复配助磨剂又有跨越式提升。第25页第25页合成高分子助磨剂普通有效掺量低，助磨增强作用明显，有一个适当掺量范围，其掺量波动对水泥性能影响不大，能够更加好确保生产安全进行。高分子合成助磨剂成本低、性能好、综合效益高，含有辽阔应用前景。第26页第26页国外高分子合成助磨剂研究较多，已含有较成熟技术，国内高分子助磨剂研究尚处于起步阶段。即使高分子助磨剂含有诸多较优良性能，由于其生产工艺较复杂，还无法完全取代复配助磨剂，伴随技术进步，高分子助磨剂将占据更多市场，是助磨剂行业发展主流方向。第27页第27页3.5ZK-RJD合成型水泥助磨剂试验研究分别选取三乙醇胺（TEA）、甘油、ZK-RJD-Ⅰ型（助-A）、ZK-RJD-Ⅱ型（助-B）、ZK-RJD高分子水泥助磨剂（助-C）在相同条件下粉磨同一个水泥，助磨剂掺量定为0.03%。水泥配比：熟料（北京新北水水泥有限公司）80%＋粉煤灰10%＋矿渣5%＋石膏5%；粉磨时间定为：25＋5min。第28页第28页3.5.1助磨效果分析掺加助磨剂后，对水泥比表面积和细度响见下表：检测项目基准TEA甘油助-A助-B助-C细度（45um筛余

%）13.57.96.87.79.78.8比表面积（m2/kg）417.69416.36435.36417.88430.19430.96第29页第29页相对于空白水泥，各助磨剂都表现出一定助磨性能。从表中数据分析，在改进细度和增长比表面积方面作用大小分别是：甘油＞助C＞助B＞助A＞TEA＞空白。高分子助磨剂C和合成型助磨剂B在助磨方面表现出良好助磨性，其性能明显优于TEA和空白，尤其是在比表增长方面。第30页第30页3.5.2水泥力学性能分析掺加助磨剂后，对出磨水泥胶砂强度影响见下图：第31页第31页与空白水泥相比，掺加助磨剂后水泥砂浆3d和28d强度发展都较基准砂浆有明显优势，水泥强度大幅提升。掺加ZK-RJD-Ⅰ型合成型助磨剂效果最好，相对于空白，3d和28d抗压强度分别提5.84MPa和8.22MPa，强度发展明显优于掺加TEA水泥强度发展。高分子助磨剂助C和甘油对水泥强度奉献不是很明显，但也优于空白。第32页第32页3.5.3助磨剂对水泥原则稠度、凝结时间和安定性影响掺加助磨剂后，对水泥原则稠度、凝结时间和安定

性影响见下表：助磨剂原则稠度（%）凝结时间（min）安定性初凝终凝空白28.04155215合格TEA28.04150222合格甘油28.41153205合格助-A28.59143194合格助-B28.41151201合格助-C28.04153198合格第33页第33页从表中能够看出，与空白水泥相比，掺加水泥助磨剂后，出磨水泥初凝时间基本无改变，终凝时间稍有缩短，但在正常凝结时间范围内掺加水泥助磨剂水泥产品用水量与基准水泥相比，基本无改变，用水量基本处于同一水平。这阐明，掺加水泥助磨剂对水泥产品原则稠度用水量影响不大掺加水泥助磨剂后，水泥安定性合格第34页第34页3.5.4助磨剂对水泥颗粒分布影响利用激光粒度仪分析出磨水泥样品，得出水泥颗粒颗粒级配下列所表示：助磨剂＜3μm3-32μm32-65μm≥65μm≥80μm空白4.9157.6833.673.740.63TEA3.7259.7432.563.970.92甘油4.6762.4331.731.170.05助-A3.9563.3831.051.620.11助-B5.0862.2431.501.190.03助-C4.9162.8631.390.840.01第35页第35页颗粒粒径分布是影响水泥性能主要参数，不同粒径分布直接影响水泥化学和力学特性。比较公认水泥最正确颗粒级配为3～32μm对强度增加起主要作用。第36页第36页从表中可知，与空白相比，加入助磨剂后，水泥粒度分布有明显改进，尤其是甘油、助-A、助C发挥出卓越助磨功效，使粉磨粒径大大细化，表现出优秀效果，这与所测强度发展是一致合成型助磨剂及高分子助磨剂含有较好助磨效果，对水泥熟料粉磨改进方面是非常优秀尤其是合成型第37页第37页3.5.5结论研究表明：合成型水泥助磨剂和高分子水泥助磨剂助磨效果要明显优于三乙醇胺，会给水泥粉体带来优秀流动性，明显优化颗粒级配，从而提升粉磨效率。其中，助A明显提升3-32μm含量（达63.38%），比空白增长5.7%，比TEA增长3.64%。第38页第38页力学性能试验研究表明，合成型助磨剂和TEA能较好诱导水泥水化反应，掺加ZK-RJD-Ⅰ型合成助磨剂3d和28d强度分别提升5.84MPa和8.22MPa，其强度发展也明显优于TEA，能够作为三乙醇胺替换产品使用。高分子助磨剂在强度发展方面要稍逊一点，但也优于空白，需要进一步改进。第39页第39页合成型助磨剂在助磨和增强方面都取得明显效果，且价格明显低于TEA等醇胺类物质，应当加以推广使用。第40页第40页五、水泥助磨剂科学选取水泥助磨剂因其在水泥生产中巨大作用，助磨剂