礦物地質(zhì)溫度壓力計(jì)

1、礦渣助磨劑的研究    摘要:嘗試用數(shù)種化學(xué)試劑作為礦渣助磨劑，以評定它們的助磨效果。每種試劑都在完全相同的粉磨條件下與礦渣共磨，每隔一定時間測其比表面積并與礦渣空白樣對比；之后對其中摻入有效助磨劑粉磨得到的礦粉試樣進(jìn)行激光粒度分析和圖像分析儀的顆粒形貌分析；同時，又研究了助磨劑對礦渣-水泥體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、膠砂強(qiáng)度等各項(xiàng)性能的影響。并對有效助磨劑的合適摻量進(jìn)行探索。    關(guān)鍵詞:礦渣；助磨劑；顆粒群分布及形貌；比表面積；標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量；凝結(jié)時間；強(qiáng)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 中圖分類號:TQ172.463文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1002-9877(2003)04-0009-040引言超細(xì)磨礦渣、粉煤灰以及硅灰等作為高性能混凝土的一種礦物外加劑在混凝土界已被進(jìn)行了廣泛的研究。然而，礦物外加劑達(dá)到一定細(xì)度后，再進(jìn)一步磨細(xì)相當(dāng)

5、困難。因此，它制約了超細(xì)磨礦物外加劑的推廣應(yīng)用。而對于礦物外加劑助磨劑的研究，遠(yuǎn)不如對水泥助磨劑那樣廣泛和深入。對水泥助磨劑的研究中，三乙醇胺是公認(rèn)的高效助磨劑，但由于價(jià)格昂貴，難以推廣。文獻(xiàn)1-5研究了其它一些水泥助磨劑。南京化工大學(xué)的江朝華等人深入研究了助磨劑的助磨機(jī)理及增強(qiáng)機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)成功A助磨劑(含羥基的非離子表面活性劑)。加拿大的N.Bouzoubaa和M.H.Zhang等人在粉磨水泥時加入了一種萘系超塑化劑作為助磨劑共同粉磨。在給定粉磨時間和粉磨細(xì)度2種條件下測定了粉磨細(xì)度、時間以及由粉磨好的水泥制成的膠砂的坍落度損失、空氣含量穩(wěn)定性、泌水性、自熱升溫、凝結(jié)時間和抗壓強(qiáng)度

6、等各方面性能；并且與標(biāo)準(zhǔn)硅酸鹽水泥和在膠砂中加入相同量萘系超塑化劑的水泥的各方面性能情況作了橫向比較。由于外加劑的粉磨特性與水泥有所不同，對水泥適合的助磨劑對它們未必適合。正是基于這一點(diǎn)，我們在了解了助磨劑的助磨機(jī)理后嘗試了不同種類、不同摻量的有機(jī)、無機(jī)試劑作為礦渣助磨劑在相同的粉磨條件下進(jìn)行粉磨試驗(yàn)和較系統(tǒng)的比較、研究，以期獲得具有較佳助磨效果的助磨劑及其最佳的摻量。1試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果1.1原材料試驗(yàn)所用礦渣、水泥熟料、二水石膏等原材料取自上海寶山水泥廠，其化學(xué)成分見表1。試驗(yàn)中所用水泥為92%熟料+8%二水石膏自制而成。試驗(yàn)所用助磨劑名稱及摻量見表2。 表1 原材料化學(xué)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 礦渣 33.18 1.53 13.19 39.25 9.36 表2 助磨劑名稱及摻量 成分 多元醇 胺類 萘系 硫酸鹽 木質(zhì)素 水玻璃 鋁酸鹽 代號 B B B C C C E E E F F F G H I I I 摻量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表示粉磨時助磨

8、劑葉礦渣的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。1.2各類助磨劑不同摻量、不同粉磨時間下的比表面積測定用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)球磨機(jī)對粒狀高爐礦渣按每次粉磨5kg，摻入表2所列的各類助磨劑，粉磨至一定時間取樣，采用勃氏透氣儀測其比表面積，表3為試驗(yàn)結(jié)果(其中A為不摻助磨劑的空白樣)。 表3 比表面積測定結(jié)果 m2/kg 粉磨時間/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礦渣粉磨試樣激光粒度檢測取表3中粉磨時間為2.5h的各礦渣試樣，進(jìn)行激光粒度檢驗(yàn)，結(jié)果見表4。 表4 激光粒度檢驗(yàn)各試樣累計(jì)篩余 % 粒徑/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礦渣粉體顆粒形貌分析采用Quantiment-600圖像分析儀對粉磨時間為1.5h的A1.5、B1.5、C1.53個試樣進(jìn)行顆粒群形貌分析，并以如下指標(biāo)量化表征其形貌特征。1.4.1圓度表示顆粒投影與圓的接近程度。計(jì)算公式為: 式中:A顆粒的投影面積；L顆粒的投影周長。1.4.2表面粗糙度表示顆粒表面結(jié)構(gòu)的形狀指

13、數(shù)。計(jì)算公式為:Z=L2/12.64A(2)顆粒越粗糙，Z越大。1.4.3伸長度表示顆粒長徑與短徑之比。該指標(biāo)衡量顆粒的取向性。表5為A1.5、B、C3個試樣顆粒群圓度、表面粗糙度、伸長度的累積值。 表5 顆粒群形貌分析累積值 試樣 A1.5 B1.5 C1.5 圓度 0.857 0.854 0.853 粗糙度 1.166 1.170 1.171 伸長度 1.453 1.679 1.6631.5標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時間測定為考察摻入助磨劑后對礦渣-水泥凈漿體系的影響，以50%礦渣(粉磨時間為3h)+50%自制純水泥制成復(fù)合膠凝粉體材料，參照GB/T1346-2001進(jìn)行凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)

14、時間測定，結(jié)果見表6。 表6 凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及凝結(jié)時間測定結(jié)果 試樣 L1A L1B L1C L1E L1F L1I 標(biāo)準(zhǔn)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 終凝/(h:min) 5：46 4：50 5：21 4：31 5：22 4：22注：L1代表純水尼，L1A表示50% L1純水泥+50%A礦渣組成的復(fù)合膠凝材料試樣，其它同。1.6膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)以50%礦渣(粉磨時間為3h)+50%自制純水泥制成復(fù)合膠凝粉體材料，參照GB/T17671-1999，進(jìn)行膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)，結(jié)

15、果見表7。 表7 膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果 MPa 試樣 L1A L1B L1C L1E L1F L1I 3d 抗折 5.92 5.93 5.14 6.72 5.80 5.75 抗壓 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 抗壓 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 抗壓 62.5 63.2 67.7 64.9 59.6 61.12結(jié)果分析與討論2.1助磨劑對礦渣顆粒群特征的影響2.1.1助磨劑對礦渣細(xì)度的影響由表3

16、比表面積值可見，木質(zhì)素、水玻璃這2類助磨劑對礦渣細(xì)度的增加沒有效果，另幾類助磨劑對礦渣細(xì)度的增加均有不同程度的效果。為直觀起見，我們將表3有效果試樣的比表面積值繪成折線圖，見圖1。圖1加入助磨劑后各試樣不同粉磨時間的比表面積由圖1可見，加入多元醇的B試樣在各個粉磨時間均有助磨效果，尤其是粉磨時間在1.52.5h時，相對空白樣A提高約11.4%。胺類(C)和硫酸鹽(F)助磨劑的助磨效果相似:均是在粉磨時間超過2h后才顯現(xiàn)出較明顯的助磨效果，比表面積提高最大值均在粉磨3h處，分別為23m2/kg和37m2/kg，相對空白樣提高4.3%和6.9%。萘系(E)和鋁酸鹽(I)助磨劑的助磨效果介于前2類之

17、間:均是在粉磨時間超過1h后逐步顯現(xiàn)出其助磨效果，比表面積提高最大值在粉磨2.5h處，分別為53m2/kg和47m2/kg左右，相對空白樣提高10.6%和9.4%。從表3還可以得出:有助磨效果的多元醇作為助磨劑時以標(biāo)準(zhǔn)摻量B為宜；萘系助磨劑的使用量變化對粉磨效果影響不明顯，故以減量E-摻量為宜；胺類作助磨劑時以標(biāo)準(zhǔn)摻量C為宜；硫酸鹽作助磨劑時，其加量與減量的助磨效果均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)摻量且二者效果相近，故采用減量F-摻量為宜；鋁酸鹽作助磨劑時以加量I+摻量為宜。2.1.2助磨劑對礦渣顆粒群分布的影響使用激光粒度分析儀對磨細(xì)礦渣樣品(2.5h)進(jìn)行了粒度分析，在得到不同粒徑分布后，使用RRB分布對數(shù)據(jù)進(jìn)

18、行處理，表8為各試樣的均勻性系數(shù)。 表8 各試樣RRB分布均勻性系數(shù) 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可以發(fā)現(xiàn):加入助磨劑后礦渣試樣的顆粒群分布明顯變窄。2.1.3助磨劑對礦渣顆粒形貌特征的影響由表5結(jié)果可知，加入助磨劑后礦渣顆粒群總體圓度下降，粗糙度、伸長度上升。說明加入助磨劑后礦渣顆粒偏離圓的程度加大、表面較粗糙、顆粒的取向性增大。上述3個方面說明助磨劑的加入使礦渣的細(xì)度、顆粒群分布、顆粒形貌均產(chǎn)生不同程度的變化，究其原因，認(rèn)為有如下幾點(diǎn):1)助磨劑分子在粉磨過程

19、中吸附于固體顆粒表面上，產(chǎn)生列賓捷爾效應(yīng):當(dāng)存在界面吸附時，界面處的內(nèi)聚力降低了，也就降低了界面張力，使物料顆粒的表面自由能減小，促使顆粒軟化。因而在相同的粉磨時間下，使用助磨劑可以得到更高的粉磨細(xì)度。2)助磨劑吸附于固體顆粒表面上，減小了顆粒的表面力，亦即有減小顆粒間粘附力和團(tuán)聚的作用。物料在粉磨過程中出現(xiàn)斷裂，產(chǎn)生的新表面上存在了游離電價(jià)鍵，在沒有外來離子或分子將這些活性點(diǎn)屏蔽時，它們會彼此吸引，使斷裂面趨于復(fù)合。助磨劑的使用可以迅速提供外來電子或分子，平衡因粉碎而產(chǎn)生的不飽和價(jià)鍵，防止顆粒再度聚結(jié)，從而抑制粉碎逆過程的進(jìn)行。因而在使用了助磨劑后，礦渣粉體中粒徑較大的顆粒的數(shù)量減少而中等粒

20、徑的顆粒數(shù)量增加，使顆粒群分布相對集中。3)由于列賓捷爾效應(yīng)，加入助磨劑后，顆粒上原有的裂縫在吸附表面活性劑分子并形成吸附層后更容易擴(kuò)展，防止裂縫的愈合；同時助磨劑吸附在顆粒表面上能平衡因粉碎而產(chǎn)生的不飽和價(jià)鍵，防止顆粒再度聚結(jié)，從而加劇了粉碎過程的進(jìn)行，使顆粒圓度降低，表面粗糙度增大。2.2助磨劑對礦渣-水泥體系標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、膠砂強(qiáng)度的影響由表6可知，以50%A礦渣(未加助磨劑)+50%純水泥試樣L1A為對比，加入助磨劑B、C、E、F、I礦渣組成的試樣L1B、L1C、L1E、L1F、L1I后，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量都有不同程度的下降，雖然B、C、E、F、I礦渣相對A礦渣比表面積都要大，這

21、說明多元醇、胺類、萘系、硫酸鹽、鋁酸鹽這些助磨劑除具有助磨功能外都還有一定的減水功能，或者說具有提高流動性的作用。因?yàn)槎嘣?、胺類、萘系本身即為表面活性劑，而硫酸鹽、鋁酸鹽均為可溶性鹽類，在礦渣-水泥體系加入水后即可離解成硫酸根離子、鋁酸根離子及相應(yīng)的陽離子，這些離子能很快吸附到熟料顆粒表面那些由于離子或離子基團(tuán)的溶出而呈電性的地方，從而減少了熟料顆粒由于電性相吸而產(chǎn)生的絮凝結(jié)構(gòu)，即起到了減水效果。由表7膠砂強(qiáng)度結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，以不摻助磨劑的L1A試樣為基準(zhǔn)，除L1C的3d強(qiáng)度、L1F各齡期強(qiáng)度偏低外，其余均與L1A試樣相近或有不同程度的提高。強(qiáng)度提高是礦粉細(xì)度增加的結(jié)果；而強(qiáng)度沒有增加或下降則是由于其他一些原因造成的，如在減水的同時還具有一定緩凝、某些離子對水化產(chǎn)物的形成有不利作用等。這些還有待于進(jìn)一步研究。3結(jié)論1)在選用的助磨劑中，多元醇、胺類、硫酸鹽、萘系和鋁酸鹽經(jīng)驗(yàn)證有較明顯的礦渣助磨效果；而木質(zhì)素、水玻璃則無助磨效果。2)加入以上幾種有效助磨劑粉磨得到的礦粉制成的礦粉-水泥凈漿的凝結(jié)時間符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且相對