一种水泥助磨剂及其使用水泥助磨剂的高早强水泥
阅读说明：本技术 一种水泥助磨剂及其使用水泥助磨剂的高早强水泥 (Cement grinding aid and high early strength cement using same ) 是由 苏晓强 陈凤琪 王建朋 赵百顺 王涛 张露瑶 肖见祺 任建波 郑立曼 唐哲 王倩 于 2021-03-26 设计创作，主要内容包括：本申请涉及水泥助剂的技术领域,具体公开了一种水泥助磨剂及其使用水泥助磨剂的高早强水泥。一种水泥助磨剂包括乙二醇10-20份、丙二醇10-20份、稻壳灰5-10份、三乙醇胺10-20份、制冷剂5-10份和碳酸钠5-15份经过搅拌混合得到；其使用水泥助磨剂的高早强水泥包括上述水泥助磨剂制备获得,本申请的水泥助磨剂可用于水泥生产,其具有提高水泥早期强度的优点。(The application relates to the technical field of cement additives, and particularly discloses a cement grinding aid and high early strength cement using the same. A cement grinding aid comprises 10-20 parts of ethylene glycol, 10-20 parts of propylene glycol, 5-10 parts of rice hull ash, 10-20 parts of triethanolamine, 5-10 parts of refrigerant and 5-15 parts of sodium carbonate, and is obtained by stirring and mixing; the high early strength cement using the cement grinding aid is prepared by the cement grinding aid, and the cement grinding aid can be used for cement production and has the advantage of improving the early strength of the cement.)
技术领域
本申请涉及水泥助剂的技术领域，更具体地说，它涉及一种水泥助磨剂及其使用水泥助磨剂的高早强水泥。
背景技术
在水泥的生产过程中通常需要对水泥原料进行粉磨，在粉磨过程中向水泥原料中加入水泥助磨剂，水泥助磨剂可吸附在水泥颗粒表面，降低水泥颗粒间的吸引力，同时提高粉磨的流动性，显著提高粉磨效率。
现有的水泥助磨剂包括有液体和固体两种，都能显著地提高磨机产量、提高产品质量、降低粉磨电耗。
针对上述中的相关技术，发明人认为水泥助磨剂能有效的提高水泥颗粒的粉磨效率，但生产出的水泥颗粒仍存在颗粒大小不均匀的现象，造成水化反应不充分且水化反应速率不高，导致水泥制品的早期强度不高。
发明内容
为了提高水泥助磨剂的粉磨效率从而提高水泥制品的早期强度，本申请提供一种水泥助磨剂。
为了获得高早期强度的水泥，本申请提供一种使用水泥助磨剂的高早强水泥。
本申请提供的一种水泥助磨剂采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种水泥助磨剂，采用如下的技术方案：
一种水泥助磨剂，包括以下质量份数的原料搅拌混合制得：
乙二醇10-20份，
丙二醇10-20份，
稻壳灰5-10份。
通过采用上述技术方案，由于在水泥原料粉磨过程中，水泥原料会发生化学键的断裂，在颗粒表面形成Ca2+、O2-的不平衡电荷点，它们彼此吸引，断裂面重新粘合或颗粒与颗粒之间再聚结起来，结合为大颗粒，降低物料的流动性和粉磨效率；乙二醇和丙二醇作为液体助磨剂，能够自动均匀的分散在水泥颗粒之间，且乙二醇和丙二醇属于小极性分子容易吸附在粉磨形成的新生表面的不平衡电荷点的位置上，降低水泥颗粒间的摩擦力，改善粉体的流动性，使制成的水泥颗粒粒径更均匀，有利于水泥原料充分的进行水化反应；且乙二醇和丙二醇能进一步提高稻壳灰的分散性，稻壳灰可随乙二醇和丙二醇共同吸附在水泥颗粒的表面，进一步提高助磨剂的助磨效果，且在水泥拌合过程中，稻壳灰中含有大量无定型的二氧化硅，二氧化硅与水化反应生成的氢氧化钙发生反应生成C-S-H凝胶，从而提高水泥制品的强度，且稻壳灰的多孔结构对水分的吸附有利于火山灰反应的发生，从而提高水泥制品的强度。
优选的，所述稻壳灰的粒径为1-2微米。
通过采用上述技术方案，稻壳灰的粒径小于水泥颗粒的粒径，更有利于稻壳灰吸附在水泥颗粒表面，在对水泥原料加水进行拌合的过程中，稻壳灰吸附在水泥颗粒表面，稻壳灰的多孔结构吸收大量水分，水泥颗粒被表面富水的稻壳灰颗粒吸附后开始水化反应，生成的CH在富水环境下与稻壳灰颗粒继续产生二次水化反应，随着稻壳灰颗粒的溶解，其内部的剩余水分释放会进一步促进硅酸三钙的水化，硅酸三钙的水化对水泥的早期强度起主导作用，从而提高水泥的早期强度。
优选的，还包括三乙醇胺10-20份。
通过采用上述技术方案，三乙醇胺作为助磨剂在研磨过程中加入，可以减少粉碎过程中水泥颗粒的聚集，提高水泥的流动性，降低粉磨机器的动力消耗，提高粉磨效率；三乙醇胺作为极性很强的醇胺类物质，三乙醇胺能够鳌合水泥中的金属离子，三乙醇胺是一种表面活性剂，在水泥水化过程中起催化剂的作用，能够加速硅酸三钙的水化和钙矾石的形成，快速提高水泥的早期强度。
优选的，还包括制冷剂5-10份。
通过采用上述技术方案，由于加入助磨剂后的水泥颗粒更加细化，水化反应速率更快，提高水泥的早期强度，但同时单位时间内释放的水化热量也会增加，导致最终制成的水泥制品产生裂纹的情况，加入制冷剂可将水化时放出的水化热进行吸收，制冷剂与水接触时发生反应吸收热量，减少由于水化热量高导致水泥产生裂纹的情况，从而进一步提高水泥的早期强度。
优选的，所述制冷剂为硫酸铵。
通过采用上述技术方案，在水泥生产过程中，水泥原料的颗粒都存在结构缺陷和微裂纹，硫酸铵作为助磨剂加入后，就如同楔子一样进入缺陷和微裂纹部位，在原料颗粒之间形成强大的膨胀应力，使水泥更容易磨细，起到助磨的作用，使水泥的比表面积增大，从而使水泥水化反应的接触面积变大，提高水泥的早期强度；同时在水泥原料拌合过程中，硫酸铵会与水接触，硫酸铵溶于水后会吸收热量，从而抵消部分水化反应释放的热量，提高水泥的早期强度。
优选的，所述硫酸铵的粒径为20-30微米。
通过采用上述技术方案，硫酸铵的粒径越细越能提高粉磨的效率，但是过细的硫酸铵对提高水泥助磨剂在拌合后的水化过程的强度无益，硫酸铵的粒径与最终粉磨后的水泥原料的粒径相近，硫酸铵溶于水后吸热同时硫酸铵在水泥固化时充当水泥的填料，有利于提高水泥的早期强度。
优选的，还包括碳酸钠5-15份。
通过采用上述技术方案，水泥原料在进行拌合的过程中，水泥原料中存在游离的氧化钙，游离的氧化钙会影响水泥的早期强度，碳酸钠可与氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，填充在水泥颗粒间的孔隙，提高水泥的早期强度。
第二方面，本申请提供一种使用水泥助磨剂的高早强水泥，采用如下的技术方案：一种使用水泥助磨剂的高早强水泥，包括上述所述的水泥助磨剂制备获得。
通过采用上述技术方案，乙二醇和丙二醇作为液体助磨剂，能够自动均匀的分散在水泥颗粒之间，改善粉体的流动性，使制成的水泥颗粒粒径更均匀，有利于水泥原料充分的进行水化反应生成氢氧化钙；且乙二醇和丙二醇能进一步提高稻壳灰的分散性，稻壳灰可随乙二醇和丙二醇共同吸附在水泥颗粒的表面，进一步提高助磨剂的助磨效果，且在水泥原料拌合过程中，稻壳灰中含有大量无定型的二氧化硅与氢氧化钙发生反应生成C-S-H凝胶，从而提高水泥制品的强度；三乙醇胺作为助磨剂在研磨过程中加入，可以减少粉碎过程中水泥颗粒的聚集，提高水泥的流动性，提高粉磨效率；三乙醇胺在水泥水化过程中起催化剂的作用，能够加速硅酸三钙的水化和钙矾石的形成，快速提高水泥的早期强度；在水泥原料拌合过程中，硫酸铵会与水接触，硫酸铵溶于水后会吸收热量，从而将水化时放出的水化热进行吸收，减少由于水化热量高导致水泥产生裂纹的情况，从而进一步提高水泥的早期强度；碳酸钠可与氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，填充在水泥颗粒间的孔隙，提高水泥的早期强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用稻壳灰，稻壳灰可随乙二醇和丙二醇共同吸附在水泥颗粒的表面，进一步提高助磨剂的助磨效果，且在水泥拌合过程中，稻壳灰中含有大量无定型的二氧化硅，二氧化硅与水化反应生成的氢氧化钙发生反应生成C-S-H凝胶，从而提高水泥制品的强度，且稻壳灰的多孔结构对水分的吸附有利于火山灰反应的发生，从而提高水泥制品的早期强度；2、本申请中优选采用硫酸铵，在水泥生产过程中，水泥原料的颗粒都存在结构缺陷和微裂纹，硫酸铵作为助磨剂加入后，就如同楔子一样进入缺陷和微裂纹部位，在原料颗粒之间形成强大的膨胀应力，使水泥更容易磨细，起到助磨的作用，使水泥的比表面积增大，从而使水泥水化反应的接触面积变大，提高水泥的早期强度；同时在水泥原料拌合过程中，硫酸铵会与水接触，硫酸铵溶于水后会吸收热量，从而抵消部分水化反应释放的热量，提高水泥的早期强度；
3、本申请的方法，通过将水泥助磨剂与水泥原料放入球磨机中进行粉磨，再将粉磨后的水泥原料加水进行拌合，拌合后倒入模具中浇筑，进行加压蒸汽养护后得到高早期强度的水泥。
具体实施方式
原料来源：
乙二醇为上海源叶生物科技有限公司的市售产品，牌号为107-21-1；
丙二醇为金锦乐化学有限公司的市售产品，牌号为57-55-6；
稻壳灰为南阳弘益源肥业有限公司的市售产品；
三乙醇胺为常州驰源化工有限公司的市售产品，牌号为102-76-1；
硫酸铵为廊坊天科生物科技有限公司的市售产品，牌号为7783-20-2；
碳酸钠为西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司的市售产品，牌号为497-19-8。
实施例1
一种水泥助磨剂，包括以下质量份数的原料搅拌混合制得：
乙二醇15份，
丙二醇15份，
稻壳灰7份，平均粒径为1.5微米，
三乙醇胺15份，
制冷剂8份，
其中制冷剂为硫酸铵，平均粒径为25微米，
碳酸钠10份，平均粒径为30微米，
一种使用水泥助磨剂的高早强水泥，包括上述所述的水泥助磨剂制备获得，
S1：将上述水泥助磨剂与水泥原料按1:250的质量比放入球磨机中进行粉磨，粉磨时间30min，得到水泥。
其中水泥原料由水泥熟料、石膏、石灰石和矿渣按照10:1:1:4的质量比混合得到。
实施例2-5
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于原料用量不同。
实施例1-实施例5的原料用量如下表所示。
表一，实施例1-实施例5的原料用量
实施例6
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于稻壳灰的用量为0。
实施例7
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于乙二醇、丙二醇的用量为0。
对实施例1-5和实施例6-7的使用水泥助磨剂制成的水泥进行测试。
测试包括：
1.抗压测试
将上述水泥助磨剂加入水泥原料中进行粉磨，粉磨后得到的水泥加水进行拌合，拌合用水量为30份，拌合后倒入模具中浇筑，进行蒸汽养护后得到水泥制品。
使用水泥助磨剂的高早强水泥制品标养7天、28天后测试其抗压强度，按照GB/T17671-1999中规定的方法进行测试。
测试结果如下表。
表二，实施例1-5和实施例6-7的使用水泥助磨剂的高早强水泥制品测试结果
实施例1-5的抗压强度均优于实施例6-7，故本申请中乙二醇和丙二醇作为液体助磨剂，能够自动均匀的分散在水泥颗粒之间，且乙二醇和丙二醇属于小极性分子容易吸附在粉磨形成的新生表面的不平衡价键力的位置上，降低水泥颗粒间的摩擦力，改善粉体的流动性，使制成的水泥颗粒粒径更均匀，有利于水泥原料充分的进行水化反应；且乙二醇和丙二醇能进一步提高稻壳灰的分散性，稻壳灰可随乙二醇和丙二醇共同吸附在水泥颗粒的表面，进一步提高助磨剂的助磨效果，且在水泥拌合过程中，稻壳灰中含有大量无定型的二氧化硅，二氧化硅与水化反应生成的氢氧化钙发生反应生成C-S-H凝胶，从而提高水泥制品的强度，且稻壳灰的多孔结构对水分的吸附有利于火山灰反应的发生，从而提高水泥制品的强度。
实施例8
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于稻壳灰的粒径为50微米。
实施例9
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于三乙醇胺的加入量为0。
实施例10
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于制冷剂的加入量为0。
实施例11
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于制冷剂为氯化铵。
实施例12
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于制冷剂为乙腈。
对实施例8-12的使用水泥助磨剂制成的水泥制品进行测试。
测试结果如下表。
表三，实施例8-12的使用水泥助磨剂制成的水泥制品测试结果
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
实施例12
7天的抗压强度/MPa
30.2
30.1
29.3
29.9
29.5
28天的抗压强度/MPa
45.3
44.4
40.2
42.3
41.2
结合实施例1和实施例8并结合表二、三可以看出，实施例1的水泥抗压强度优于实施例8，故本申请中稻壳灰的粒径小于水泥颗粒的粒径，更有利于稻壳灰吸附在水泥颗粒表面，在对水泥原料加水进行拌合的过程中，稻壳灰吸附在水泥颗粒表面，稻壳灰的多孔结构吸收大量水分，水泥颗粒被表面富水的稻壳灰颗粒吸附后开始水化反应，生成的CH在富水环境下与稻壳灰颗粒继续产生二次水化反应，随着稻壳灰颗粒的溶解，其内部的剩余水分释放会进一步促进硅酸三钙的水化，硅酸三钙的水化对水泥的早期强度起主导作用，从而提高水泥的早期强度。
结合实施例1和实施例9并结合表二、三可以看出，实施例1的水泥抗压强度优于实施例9，故本申请中三乙醇胺作为助磨剂在研磨过程中加入，可以减少粉碎过程中水泥颗粒的聚集，提高水泥的流动性，降低粉磨机器的动力消耗，提高粉磨效率；三乙醇胺作为极性很强的醇胺类物质，三乙醇胺能够鳌合水泥中的金属离子，三乙醇胺是一种表面活性剂，在水泥水化过程中起催化剂的作用，能够加速硅酸三钙的水化和钙矾石的形成，快速提高水泥的早期强度。
结合实施例1和实施例10并结合表二、三可以看出，实施例1的水泥抗压强度优于实施例10，故本申请中由于加入助磨剂后的水泥颗粒更加细化，水化反应速率更快，提高水泥的早期强度，但同时单位时间内释放的水化热量也会增加，导致最终制成的水泥制品产生裂纹的情况，加入制冷剂可将水化时放出的水化热进行吸收，制冷剂与水接触时发生反应吸收热量，减少由于水化热量高导致水泥产生裂纹的情况，从而进一步提高水泥的早期强度。
结合实施例1和实施例11-12并结合表二、三可以看出，实施例1的水泥抗压强度优于实施例11，故本申请中硫酸铵作助磨剂，硫酸铵在常温下稳定，对打击、碰撞或摩擦均不敏感，在水泥生产过程中，水泥原料的颗粒都存在结构缺陷和微裂纹，硫酸铵作为助磨剂加入后，就如同楔子一样进入缺陷和微裂纹部位，在原料颗粒之间形成强大的膨胀应力，使水泥更容易磨细，起到助磨的作用，使水泥的比表面积增大，从而使水泥水化反应的接触面积变大，提高水泥的早期强度；同时在水泥原料拌合过程中，硫酸铵会与水接触，硫酸铵溶于水后会吸收热量，从而抵消部分水化反应释放的热量，提高水泥的早期强度。
实施例13
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于硫酸铵的粒径为100微米。
实施例14
一种水泥助磨剂，基于实施例1的基础上，其区别在于碳酸钠的用量为0。
对实施例13-14的使用水泥助磨剂制成的水泥制品进行测试。
测试结果如下表。
表四，实施例13-14的使用水泥助磨剂制成的水泥制品测试结果
实施例13
实施例14
7天的抗压强度/Mpa
32.2
31.1
28天的抗压强度/Mpa
44.5
41.3
结合实施例1和实施例13并结合表二、四可以看出，实施例1的水泥抗压强度优于实施例13，故本申请中硫酸铵的粒径越细越能提高粉磨的效率，但是过细的硫酸铵对提高水泥助磨剂在拌合后的水化过程的强度无益，硫酸铵的粒径与最终粉磨后的水泥原料的粒径相近，硫酸铵溶于水后吸热同时硫酸铵在水泥固化时充当水泥的填料，有利于提高水泥的早期强度。
结合实施例1和实施例14并结合表二、四可以看出，实施例1的水泥抗压强度优于实施例14，故本申请中水泥原料在进行拌合的过程中，水泥原料中存在游离的氧化钙，游离的氧化钙会影响水泥的早期强度，碳酸钠可与氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，填充在水泥颗粒间的孔隙，提高水泥的早期强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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