一种高效水泥助磨剂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种高效水泥助磨剂及其制备方法和应用 (Efficient cement grinding aid and preparation method and application thereof ) 是由 胡浩 胡鉴 谢美交 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高效水泥助磨剂及其制备方法和应用,所述高效水泥助磨剂包括二乙醇单异丙醇胺、木钙和聚丙烯酰胺。本发明还提供了所述高效水泥助磨剂的制备方法。本发明提供的高效水泥助磨剂,能够在水泥物料粉磨过程中降低粉料的摩擦系数,使水泥粉体的流动性加速,进而使粉料得到充分的粉磨,改善研磨颗粒的级配,增加微粉颗粒含量,提高粉磨效率,并降低磨机功耗；还可以提升水泥在使用过程中的保水效果,有利于提高水泥的适应性。(The invention provides a high-efficiency cement grinding aid, a preparation method and application thereof. The invention also provides a preparation method of the high-efficiency cement grinding aid. The high-efficiency cement grinding aid provided by the invention can reduce the friction coefficient of powder in the grinding process of cement materials, so that the flowability of cement powder is accelerated, the powder is fully ground, the grading of grinding particles is improved, the content of micro-powder particles is increased, the grinding efficiency is improved, and the power consumption of a grinding machine is reduced; can also improve the water retention effect of the cement in the using process and is beneficial to improving the adaptability of the cement.)
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种高效水泥助磨剂及其制备方法和应用。
背景技术
水泥粉磨，是水泥生产中的必要工序和关键环节，其能耗和电耗分别占水泥生产总能耗的30％和总电耗70％以上，为了降低水泥的生产成本，提高水泥的质量和生产效率，最直接有效的方法就是在水泥粉磨过程中添加少量的水泥助磨剂，可以在不增加粉磨水和不改变粉磨时间的情况下，提高产量及降低劳动力，增加产能，降低水泥单位产能的耗电量，降低生产成本。
目前，对水泥助磨剂配方进行改进的研究越来越多，目的是可以有效提高水泥粉磨的效率，并且降低能耗，能够大幅度提高水泥台时产量和各项技术指标。其中，复合型助磨剂还含有对粉煤灰、矿粉等水泥混合材起激发其潜在活性作用的激发剂，不仅可以提高水泥强度，还能够降低生产成本，节约资源，减少碳排放。但是现有的水泥助磨剂由于配方或者原料选择等不合理，存在助磨效果不佳以及应用过程中适应性差的问题。
CN110950570A公开了一种高效水泥助磨剂及其制备方法，其主要是由多元醇35～40份、聚丙烯酰胺2～4份、腐植酸钠2～3份、六偏磷酸钠1.5～2.5份、粘性黄土15～20份、木质素磺酸钠2～5份、水杨酸钠3～4份、N-甲基二乙醇胺5～7份、十二烷基磺酸钠3～5份、三乙醇胺1～2份、单甘油脂肪酸酯6～8份、葡萄糖酸钠2～4份混合制成。该水泥助磨剂虽然提高了水泥的粉磨效率和强度，但并没有解决水泥在使用过程中保水性较差，以及现有水泥和外加剂适应性差的问题。
CN108383419A公开了一种高效水泥助磨剂，该水泥助磨剂包括10～20wt％的自来水，20～30wt％的多元醇，20～50wt％的二乙醇单异丙醇胺，5～25wt％的三乙醇胺，2～5wt％的甜菜碱型两性表面活性剂，1～5wt％的木质素磺酸盐，1～3wt％的有机硅消泡剂。该水泥助磨剂虽然可以避免传统水泥助磨剂中的氯离子对水泥所带来的危害，但无法解决水泥在使用过程中保水性较差，以及现有水泥和外加剂适应性差的问题。
CN108147692A公开了一种水泥助磨剂及其制备方法。所述水泥助磨剂，包括酰胺化合物和多元醇化合物。所述制备方法包括将二乙醇胺与丙烯酸酯衍生物混合搅拌，进行酯的胺解反应，即得所述水泥助磨剂。该水泥助磨剂同样无法解决水泥在使用过程中保水性较差，以及现有水泥和外加剂适应性差的问题。
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，同时能够提升水泥使用过程中的保水效果，进而改善水泥在使用过程中的适应性问题至关重要。
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高效水泥助磨剂及其制备方法和应用，能够在水泥物料粉磨过程中降低粉料的摩擦系数，使水泥粉体的流动性加速，进而使粉料得到充分的粉磨，可以改善研磨颗粒的级配，增加微粉颗粒含量，从而提高粉磨效率，降低磨机功耗；还可以提升水泥在使用过程中的保水效果，有利于提高水泥的适应性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂包括二乙醇单异丙醇胺、木钙和聚丙烯酰胺。
本发明提供的高效水泥助磨剂，能够在水泥物料粉磨过程中可以显著降低磨粉的表面能，克服磨粉间的吸引力，减小粉碎阻力，防止糊球糊磨，使水泥粉体的流动性加速，进而使粉料得到充分的粉磨，可以改善研磨颗粒的级配，增加微粉颗粒含量，从而提高粉磨效率，降低磨机功耗；还可以提升水泥在使用过程中的保水效果，有利于提高水泥的适应性。
其中，本发明提供的高效水泥助磨剂中添加了聚丙烯酰胺，而聚丙烯酰胺可以吸附在粉料颗粒表面形成液膜，从固体表面的摩擦变为液体摩擦，从而降低粉料的摩擦系数，使水泥粉体的流动性加速，进而使粉料得到充分的粉磨，可以改善研磨颗粒的级配，增加微粉颗粒含量，因此可以提高水泥的细度。另外，聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝等作用，有利于提升水泥的保水性，从而有提升水泥的适应性。
此外，本发明提供的高效水泥助磨剂同时含有二乙醇单异丙醇胺、木钙和聚丙烯酰胺，三者发挥协同作用进一步提高粉磨效率，提高了水泥的适应性。其中，二乙醇单异丙醇胺、木钙具有强分散能力，并且二乙醇单异丙醇胺具有极好的助磨效果，木钙的助流也可以降低粉末的摩擦力，从而除了能够进一步提高粉磨效率外，还能增加水泥后期使用过程中的流动性。同时，聚丙烯酰胺能够降低粉末的摩擦力和颗粒的表面能，从而提高研磨效率及降低研磨能耗，并且其具有的增稠、絮凝等作用，能够解决增加水泥流动性后带来的水泥表面泌水等现象，提高水泥的适应性。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高效水泥助磨剂中二乙醇单异丙醇胺的重量份为15～20份，例如可以是15份、15.5份、16份、16.5份、17份、17.5份、18份、18.5份、19份、19.5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。
本发明特别限定了二乙醇单异丙醇胺为15～20份，当二乙醇单异丙醇胺的含量高于20份时，会导致后期强度跟不上，这是由于过多的二乙醇单异丙醇胺会让水泥研磨的比表面积过大，早期水化反应快，从而影响后期强度；并且多余的二乙醇单异丙醇胺会参与水泥的水化反应，从而导致水泥早期强度高，后期强度跟不上；当二乙醇单异丙醇胺的含量低于15份时，会导致水泥早期水化速度过慢，水泥强度增加过慢，这是由于二乙醇单异丙醇胺用量不够，导致研磨效率低下。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高效水泥助磨剂中木钙的重量份为5～10份，例如可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5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。
本发明特别限定了木钙为5～10份，当木钙的含量高于10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，导致水泥早期水化过快，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，在后期使用水泥的过程中会产生不少气泡等；当木钙的含量低于5份时，会导致研磨效果低下，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，所述高效水泥助磨剂中聚丙烯酰胺的重量份为5～10份，例如可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5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。
本发明特别限定了聚丙烯酰胺为5～10份，当聚丙烯酰胺的含量高于10份时，会导致后期使用水泥适应性变差，这是由于过多聚丙烯酰胺会导致水泥需求量变大；当聚丙烯酰胺的含量低于5份时，同样会导致水泥适应性变差，这是由于聚丙烯酰胺用量不足，不仅会降低研磨效率，而且无法为后期水泥使用过程中提供保水效果。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高效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10～15份，例如可以是10份、10.5份、11份、11.5份、12份、12.5份、13份、13.5份、14份、14.5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。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高效水泥助磨剂还包括多元醇。
优选地，所述多元醇包括丙三醇和二乙二醇。
优选地，所述丙三醇的重量份为10～15份，例如可以是10份、10.5份、11份、11.5份、12份、12.5份、13份、13.5份、14份、14.5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。
优选地，所述二乙二醇的重量份为5～10份，例如可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5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。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高效水泥助磨剂还包括消泡剂。
优选地，所述消泡剂的重量份为0.1～0.5份，例如可以是0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或0.5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高效水泥助磨剂的制备方法，所述制备方法包括：
将二乙醇单异丙醇胺、木钙、聚丙烯酰胺与任选的三乙醇胺和/或多元醇在溶剂中混合溶解，得到所述高效水泥助磨剂。
本发明提供的高效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高效水泥助磨剂，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：
将所述聚丙烯酰胺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高效水泥助磨剂。
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高效水泥助磨剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的高效水泥助磨剂及其制备方法和应用，能够在水泥物料粉磨过程中降低粉料的摩擦系数，使水泥粉体的流动性加速，进而使粉料得到充分的粉磨，可以改善研磨颗粒的级配，增加微粉颗粒含量，从而提高粉磨效率，降低磨机功耗；还可以提升水泥在使用过程中的保水效果，有利于提高水泥的适应性。
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高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂的组成为：18份的二乙醇单异丙醇胺、12份的三乙醇胺、12份的丙三醇、8份的二乙二醇、7份的木钙、7份的聚丙烯酰胺、0.3份的消泡剂和35.7份的水；
所述高效水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将7份聚丙烯酰胺和7份木钙加入35.7份水中溶解后得到一次混合溶液，随后将18份二乙醇单异丙醇胺、12份三乙醇胺、12份丙三醇和8份二乙二醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.3份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述高效水泥助磨剂。
实施例2
本实施例提供了一种高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂的组成为：15份的二乙醇单异丙醇胺、15份的三乙醇胺、10份的丙三醇、10份的二乙二醇、5份的木钙、10份的聚丙烯酰胺、0.1份的消泡剂和34.9份的水；
所述高效水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将10份聚丙烯酰胺和5份木钙加入34.9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、15份三乙醇胺、10份丙三醇和10份二乙二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高效水泥助磨剂。
实施例3
本实施例提供了一种高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂的组成为：20份的二乙醇单异丙醇胺、10份的三乙醇胺、15份的丙三醇、5份的二乙二醇、10份的木钙、5份的聚丙烯酰胺、0.5份的消泡剂和34.5份的水；
所述高效水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将5份聚丙烯酰胺和10份木钙加入34.8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、10份三乙醇胺、15份丙三醇和5份二乙二醇加入一次混合溶液中溶解，得到二次混合溶液，最后将0.5份消泡剂加入二次混合溶液溶解得到所述高效水泥助磨剂。
实施例4
本实施例提供了一种高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂的组成为：20份的二乙醇单异丙醇胺、10份的三乙醇胺、10份的丙三醇、10份的二乙二醇、5份的木钙、8份的聚丙烯酰胺、0.1份的消泡剂和36.9份的水；
所述高效水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将8份聚丙烯酰胺和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、10份三乙醇胺、10份丙三醇和10份二乙二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高效水泥助磨剂。
实施例5
本实施例提供了一种高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂的组成为：15份的二乙醇单异丙醇胺、15份的三乙醇胺、15份的丙三醇、10份的二乙二醇、5份的木钙、6份的聚丙烯酰胺、0.1份的消泡剂和33.9份的水；
所述高效水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将6份聚丙烯酰胺和5份木钙加入33.9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、15份三乙醇胺、15份丙三醇和10份二乙二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高效水泥助磨剂。
实施例6
本实施例提供了一种高效水泥助磨剂，所述高效水泥助磨剂的组成为：15份的二乙醇单异丙醇胺、10份的三乙醇胺、15份的丙三醇、10份的二乙二醇、5份的木钙、7份的聚丙烯酰胺、0.1份的消泡剂和37.9份的水；
所述高效水泥助磨剂的制备方法具体包括：
将7份聚丙烯酰胺和5份木钙加入37.9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、10份三乙醇胺、15份丙三醇和10份二乙二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高效水泥助磨剂。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，所述高效水泥助磨剂的组成中聚丙烯酰胺为12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，所述高效水泥助磨剂的组成中聚丙烯酰胺为3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，所述高效水泥助磨剂的组成中木钙为12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，所述高效水泥助磨剂的组成中木钙为3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，所述高效水泥助磨剂的组成中二乙醇单异丙醇胺为22份，其余工艺参数及操作步骤与实施例1相同。
实施例12
本实施例与实施例1的区别在于，所述高效水泥助磨剂的组成中二乙醇单异丙醇胺为13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，所述高效水泥助磨剂的组成中省去了聚丙烯酰胺，并将聚丙烯酰胺的份数按所述高效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，所述高效水泥助磨剂的组成中省去了木钙，并将木钙的份数按所述高效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，所述高效水泥助磨剂的组成中省去了二乙醇单异丙醇胺，并将二乙醇单异丙醇胺的份数按所述高效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，所述高效水泥助磨剂的组成中省去了木钙和聚丙烯酰胺，并将木钙和聚丙烯酰胺的总份数按所述高效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，所述高效水泥助磨剂的组成中省去了聚丙烯酰胺和二乙醇单异丙醇胺，并将聚丙烯酰胺和二乙醇单异丙醇胺的总份数按所述高效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，所述高效水泥助磨剂的组成中省去了木钙和二乙醇单异丙醇胺，并将木钙和二乙醇单异丙醇胺的总份数按所述高效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。
实施例1-12与对比例1-6所制备的高效水泥助磨剂掺入水泥(水泥型号PO42.5；高效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1-6的高效水泥助磨剂具有优异的助磨效果，并且显著提高了水泥的流动性；同时，本发明提供的高效水泥助磨剂还有效提升了水泥在使用过程中的保水效果，降低泌水率，有利于提高水泥的适应性。
(2)实施例7中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，但是其对水泥使用过程中保水性和适应性的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例7的聚丙烯酰胺的加入量过高，当聚丙烯酰胺的加入量过高时，会导致水泥需求量变大，从而导致在使用后期的水泥适应性变差。实施例8中的水泥助磨剂的助磨效果、对水泥的流动性和保水性的改善程度均低于实施例1，这是由于当聚丙烯酰胺的加入量过低时，由于聚丙烯酰胺用量不足，不仅会降低研磨效率而且无法为后期水泥使用过程中提供保水效果。因此，聚丙烯酰胺的加入量对本发明高效水泥助磨剂的整体性能具有明显的影响。
(3)实施例9中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，但是其对水泥使用过程中保水性和适应性的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例9的木钙加入量过高，一方面过多的木钙会导致水泥研磨的更细，从而水泥早期水化过快，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10中的水泥助磨剂的助磨效果和对水泥流动性的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例10的木钙加入量过低时，由于木钙用量的不足使助磨剂分散能力下降，从而降低了助磨效果。因此，木钙的加入量对本发明高效水泥助磨剂的整体性能具有明显的影响。
(4)实施例11和12的水泥助磨剂的助磨效果和对水泥流动性的改善程度均低于实施例1，这是由于实施例11的二乙醇单异丙醇胺的加入量过高，实施例12的二乙醇单异丙醇胺的加入量过低。当二乙醇单异丙醇胺的加入量过高时，会导致水泥研磨的比表面积过大，早期水化反应快，影响水泥的后期强度，并且多余的二乙醇单异丙醇胺还会参与水泥的水化反应，导致水泥早期强度高，而后期强度较差；当二乙醇单异丙醇胺的加入量过低时，会导致研磨效率低，水泥早期水化过慢。因此，二乙醇单异丙醇胺的加入量对本发明高效水泥助磨剂的整体性能具有明显的影响。
(5)对比例1-6的水泥助磨剂均未能达到实施例1中水泥助磨剂的整体性能效果，这是由于对比例1省去了聚丙烯酰胺；对比例2省去了木钙；对比例3省去了二乙醇单异丙醇胺；对比例4省去了木钙和聚丙烯酰胺；对比例5省去了聚丙烯酰胺和二乙醇单异丙醇胺；对比例6省去了木钙和二乙醇单异丙醇胺。由对比例1-3的数据可以看出，本发明提供的高效水泥助磨剂中聚丙烯酰胺、木钙和二乙醇单异丙醇胺之间具有协同作用，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，还能够提升水泥在使用过程中的保水效果，提高水泥的适应性。
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。
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