水泥助磨剂的性能与应用.ppt

,鑫统领,四川鑫统领建材科技有限公司,*,助磨剂是什么？,助磨剂有哪些性质？,助磨剂有什么作用？,如何进行助磨剂的试验？,如何评价助磨剂？,助磨剂是如何影响水泥性能的？,问题,1,目录,概述,0,1,2,3,4,5,助磨剂配方设计,6,工业试验实施,助磨剂使用效果的评价,试验的一般问题,助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,助磨剂对水泥性能影响机理,2,0.概述,0.1 水泥助磨剂（Cement Grinding Aids简称GA)的定义,在水泥粉磨时加入的起助磨作用而又不损害人体健康和水泥混凝土性能的外加剂，分液体和粉体两种。,GB/T 26748-2011水泥助磨剂,3,0.概述,0.4 助磨剂作用机理,0.4.1 助磨作用机理,马杜里（Mardulier）的颗粒分散理论强调了助磨剂作为表面活性剂的一种，对颗粒表面电荷的平衡作用，可以明显减小颗粒间的黏附和凝聚，具有分散解聚，提高粉磨和选粉效率的作用。助磨剂的这一作用，可以直接以水泥粉体的流动性指标表征。另外，储存在仓内水泥的卸出速度和卸净程度、水泥在各种输送设备内的流动（输送）速度、水泥运输设备的装卸速度也与直接水泥粉体的流动性有关。,6,日本细川公司生产的PT-S型粉体物性测试仪,7,丹东市百特仪器有限公司BT-1000型粉体综合特性测试仪,8,0.概述,0.4 助磨剂作用机理,0.4.2 增强机理,a.改善水泥的粒度分布，加速水泥水化。,b.参与水泥的水化硬化过程。,9,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,1.1 各种影响因素及相互关系,已经普遍接受了按照助磨剂的主要作用，将助磨剂分为“提产型”和“增强型”的分类方法。准确地说，助磨剂的主要作用是影响水泥的,粉磨过程和水化硬化过程,。除此之外，还会对,水泥粉体流动性、标准稠度用水量、粒度分布、水泥与减水剂相容性,产生影响。助磨剂的加入会阻碍水泥中的石膏微粉吸附在熟料颗粒，特别是C3A的表面，破坏C3A与石膏的良好匹配。还可能影响混凝土的耐久性。,各种影响的相互关系如图1所示。,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,10,提高水泥颗粒的分散性,减小对研磨体、壁板的黏附,消除细颗粒的静电团聚,提高选粉机选粉效率,加大磨内物料流速，防止过粉磨,避免团聚的细粉被选粉机误选,缩短（延长）凝结时间,提高或降低比表面积,降低45m筛余,提高强度,引气,增加水泥粉体流动性,提高均匀性系数,提高（降低）早期水化速率,提高水化速率,减少浆体内摩擦力,与混凝土减水剂交互作用,降低特征粒径,提高流变性能,提高堆积密度,增加（减少）流变性能经时损失,提高圆形系数,提高（降低）早期、后期度,降低强度,改变减水剂的吸附行为,在不同熟料矿物、石膏表面选择吸附,改变保水性,与减水剂类似的作用,影响水泥与减水剂相容性,破坏C,3,A与石膏匹配,降低堆积密度,降低保水性,提高保水性,劣化流变性能,易输送、装卸,增加（减少）水化产物对减水剂的内吸附,增加（减少）最早期水化产物,加大扬尘,减轻仓内结拱,图1,助磨剂对粉磨过程和水泥性能影响的相互关系,增加水泥中的氯,影响混凝土耐久性,加快混凝土钢筋锈蚀,提高粉磨效率,提高产量，降低电耗,缩短凝结时间,引起熟料矿物水化的链式反应,增加水泥强度,提高混合材料水化活性,改变熟料矿物水化历程,助磨剂工程应用的试验与评价 水泥 2009.10,11,为简明起见，助磨剂对水泥性能的一些次要影响在图1中没有列入，包括：水化热、收缩、水泥砂浆的渗透与扩散、抗硫酸盐侵蚀等。一些使用助磨剂期待的目的，如减少熟料用量，提高混合材料掺量，增加水泥产量等，不是本质性的作用，在图1中也没有列入。,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,12,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,助磨剂对粉磨过程和水泥水化硬化的影响十分广泛。众多影响因素有两个特点，一是,因果层次递进,，二是,多重作用,。,这两个特点对确定助磨剂试验方案及评价试验结果提供了理论依据。,13,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,并不是每一种助磨剂都会产生图1中的所有影响。,一些助磨剂对粉磨过程和水泥性能仅具有图1所示大部分而不是全部的影响。,14,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,1.2 有益和有害影响,1.2.1 使用助磨剂希望得到的重要有益影响包括：,提高粉磨效率，从而提高水泥产量，降低电耗；,减少熟料用量，提高混合材料掺量，增加水泥产量；,改善水泥性能，更好满足顾客对水泥使用性能的要求。可以改善的水泥性能包括强度、凝结时间、流变性能、与减水剂相容性和保水性等；,降低成本，增加利润；,减少,CO2,排放量,。,15,1.助磨剂对粉磨过程和水泥性能的影响,1.2.2 可能产生的重要有害影响包括：,劣化水泥性能，包括强度、凝结时间、流变性能、与减水剂相容性和保水性；,损害混凝土耐久性；,增加粉尘排放。,16,2.,试验的一般问题,2.1 试验内容,选择助磨剂之前应该首先明确使用助磨剂的主要目的、要求，试验的主要目的是判断助磨剂是否达到预定要求，和达到预定要求的经济性。同时也应该全面关注助磨剂可能产生的所有有益和有害的影响。,17,助磨剂试验的具体内容包括：,确定某种助磨剂使用后是否达到预期要求；,对所有重要水泥性能的影响及程度。重要的是掌握所有有害影响的可能性；,比较几种助磨剂性能的优劣，确定助磨剂对特定工厂、特定产品的适应性；,确定助磨剂的适宜掺量；,考察助磨剂对水泥磨和选粉机工艺参数的影响。,2.,试验的一般问题,18,2.,试验的一般问题,为考察助磨剂有益和有害影响，全面的助磨剂试验内容还应该包括：,有害元素含量；,石膏掺量的重新优化；,磨机、选粉机及附属设备工艺参数的调整。,19,2.,试验的一般问题,并不是每一种助磨剂、任何时候都需要进行全面试验，需要根据试验目的和对试验结果可靠性要求确定试验方案。可以进行试验室试验或工业试验。,20,正确地进行工业试验，可以得到与实际生产情况十分接近的结果，但要付出更多的时间与成本。同时还要对试验产品进行处理。如图1所示，助磨剂对水泥许多性能的影响是通过对水泥粒度分布的影响间接发生的，要准确地评价这种影响，必须使用在大磨上掺加助磨剂制备的样品进行试验，才能得到与生产情况相符的粒度分布。工业试验还可以了解一些试验室试验无法了解的情况：,对水泥磨和选粉机工艺参数的影响，水泥磨、选粉机工况的改变；,对输送设备、收尘设备负载的影响。,2.,试验的一般问题,21,2.,试验的一般问题,2.2 制样方法,制样方法会显著影响助磨剂作用的检验结果。在研究助磨剂对水泥性能影响的时候，广泛使用小磨制备样品。这种制样方法有很大局限。小磨粉磨的水泥，即使控制比表面积或某一粒径的筛余与大磨一致，其粒度分布与大磨也有显著区别。某水泥厂进行的一次小磨试验试验中，控制小磨的比表面积与大磨一致，小磨与大磨比表面积、45m筛余对比如表1所示。,22,2.,试验的一般问题,类别,比表面积/m2/kg,45m筛余/%,大磨平均值,375,3.7,小磨,382,21.3,小磨,369,23.3,小磨,371,23.3,小磨,375,21.5,小磨,378,24.8,表1 小磨与大磨比表面积、45m筛余对比,23,2.,试验的一般问题,使用小磨制备样品由于粒度分布的显著不同，所有对粒度分布敏感的指标如强度、流变性能、水泥与减水剂相容性和抗渗性等均无法得到与大磨一致的结果。,小磨样品可以勉强用于以下两种情况：,情况一：,用来检验助磨剂对水泥粉体流动性的影响；,情况二：,固定物料配比、物料数量、粉磨时间不变，取掺加和不掺加助磨剂的样品，或掺加不同助磨剂的样品，检验水泥的粒度分布（或45m筛余、比表面积），用于大致相对比较助磨剂的助磨效果。,除此之外，应该十分谨慎地使用小磨制备样品。,24,2.,试验的一般问题,实践证明，下述大磨制样方法是适宜的：,使用大磨生产的水泥样品，不掺助磨剂，在检验时加入助磨剂，与不掺助磨剂的空白样品对比。,使用大磨生产的水泥样品，不掺助磨剂，作为母体水泥，在母体水泥中掺加一定数量的，已经粉磨至,45m,筛余与母体水泥接近的混合材料，制成不同混合材料掺量的样品。在检验时加入助磨剂，与不掺助磨剂的母体水泥对比。,2.,试验的一般问题,25,实践证明，下述大磨制样方法是适宜的：,3 使用大磨生产的水泥样品，改变或不改变水泥的配比，分别在不掺和掺加一定数量助磨剂时取样，或者掺加不同助磨剂时分别取样。,2.,试验的一般问题,26,3.,助磨剂使用效果的评价,3.1 对粉磨效率的影响,间接评价,以水泥的细度、颗粒组成、平均粒径、磨机产量、电耗等指标中的一项或多项进行评价。,直接评价,使用粉体物性测试仪测定水泥的流动性指数，再以流动性指数评价助磨剂的助磨效果。,水泥流动性的测量及其在助磨剂助磨效果评价中的应用 水泥 2006.10,3.,助磨剂使用效果的评价,27,3.2 对水泥性能的影响,评价助磨剂对强度、标准稠度用水量、凝结时间、水泥与减水剂相容性的影响，关键在于控制检验误差！,3.,助磨剂使用效果的评价,28,3.3 水泥中的适宜石膏掺量,使用助磨剂可能导致水泥中适宜石膏掺量的改变，掺加或更换助磨剂后有必要重新确定水泥的适宜石膏掺量。,掺加助磨剂水泥SO3含量对流变性能的影响 水泥 2010.7,3.,助磨剂使用效果的评价,29,3.4 助磨剂适宜掺量的确定,对于强度、助磨效果等性能，助磨剂存在一个饱和掺量，如图2所示。,图2 助磨剂饱和掺量示意图,3.,助磨剂使用效果的评价,30,进行,3-5,个不同掺量的试验可以确定饱和掺量。,适宜掺量是全面权衡助磨剂作用、经济性的结果。,研究结果和生产实践都已证实，仅以助磨剂的助磨作用而言，几乎所有助磨剂都存在一个饱和掺量，超过饱和掺量后助磨作用不再提高，甚至降低。薄膜假说证明，这个饱和掺量与助磨剂在颗粒表明形成单分子吸附层的数量吻合。超过饱和掺量的助磨剂将在单分子吸附层表面形成与第一吸附层极性取向相反第二吸附层，增加颗粒的团聚倾向。,3.,助磨剂使用效果的评价,31,不同的指标（如强度、流动性指数、水泥与减水剂相容性）的饱和掺量稍有区别，应该根据使用助磨剂的目的和经济性确定。,3.,助磨剂使用效果的评价,32,水泥配比、石膏的掺量及形态会影响助磨剂的饱和掺量（适宜掺量），当这些条件发生明显变化时应考虑重新试验助磨剂饱和掺量（适宜掺量）的必要性。制样方法对确定助磨剂饱和掺量（适宜掺量）有显著影响，最接近生产实际的是制样方法,3,。,薄膜假说认为，随着水泥比表面积增加，助磨剂饱和掺量增加。因此，明显改变水泥比表面积时应重新确定助磨剂饱和掺量（适宜掺量）。,3.,助磨剂使用效果的评价,33,3.5 多种助磨剂的比较,不同的助磨剂有不同适宜掺量、不同价格、不同使用效果，很多时候需要对多种助磨剂进行比较和选择。通常比较会在主要作用相同的助磨剂之间进行，主要作用不同的助磨剂很难确定比较的指标。从实用角度而言，离开成本单纯比较性能是没有意义的。性价比是一个可以综合反映性能和价格的指标。,3.,助磨剂使用效果的评价,34,4,.,工业试验实施,工业试验是水泥厂决定使用,(,更换,),助磨剂不可或缺的步骤。,水泥厂使用助磨剂一个最普遍存在的问题是，为了考核助磨剂的助磨效果，在不改变水泥配比、磨机和选粉机工艺参数的条件下，比较使用助磨剂前后的水泥细度、比表面积、产量和电耗等参数。,4,.,工业试验实施,35,曾经多次在助磨剂的工业试验中遇到加入助磨剂后水泥细度变粗的情况。这种情况并不能得到助磨剂导致水泥细度变粗的结论，而是说明加入助磨剂后改变粉磨系统工艺参数的必要。,4,.,工业试验实施,助磨剂大磨试验时，助磨剂加入后,10min,左右即可看到粉磨系统一系列参数的改变，包括最佳料球比。,助磨剂大磨试验时，助磨剂加入后,1-2h,内重新建立新的平衡。,36,为了尽量全面地掌握助磨剂对粉磨过程的影响，工业试验之前和过程中，应该测量、记录以下各项数据：,入磨物料水分；,喂料量（或成品产量）；,磨机主电机电流；,出磨物料斗式提升机电流；,出磨物料温度和45m筛余（粒度分布）；,选粉机回料45m筛余（粒度分布）；,水泥成品45m筛余（粒度分布）；,4,.,工业试验实施,37,为了尽量全面地掌握助磨剂对粉磨过程的影响，工业试验之前和过程中，应该测量、记录以下各项数据：,选粉机转数和主电机电流；,磨机及选粉机通风量；,主收尘器压差的变化；,磨头、磨尾压力变化；,计算选粉机的选粉效率和循环负荷率、绘制选粉机的部分分级效率曲线（Tromp Curve）。,4,.,工业试验实施,38,使用工业试验的样品检验各项水泥性能指标，可以真实地了解助磨剂对水泥性能指标的影响。但由于按照目前检验方法得到的水泥性能指标，与混凝土性能并没有准确的相关关系，并不能很准确地根据助磨剂对水泥性能指标的影响推测对混凝土性能的影响。因此，使用工业试验的样品进行混凝土试验，有助于从顾客的角度了解助磨剂的各种影响。,4,.,工业试验实施,39,助磨剂对水泥磨运行参数的影响,磨内物料体积膨胀，容重减小,磨内物料流速加快,磨内扬尘加大,磨头负压减小,磨尾斗提电流加大,收尘器阻力、压差增加,选粉机电流增加,排风机电流增加,主电机电流增加,出磨水泥温度增加,前三个电流恢复,出磨水泥变细,选粉效率提高,成品变细,4,.,工业试验实施,40,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,5.1 助磨剂对标准稠度用水量影响原因,1）掺入助磨剂后水泥的细度变细，比表面积增加，导致水泥标准稠度用水量增加。,2）掺入助磨剂后水泥粒度分布变窄，导致水泥标准稠度用水量增加。助磨剂可以减轻磨内的过粉磨，从而减少了细粉含量；另一方面，助磨剂能够提高选粉机的选粉效率。这两方面的作用使得掺加助磨剂后提高了水泥的均匀性系数。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,41,5.1 助磨剂对标准稠度用水量影响原因,3）掺入助磨剂后破坏了水泥中石膏与C3A的最佳匹配,。,4,）助磨剂加速水泥的早期水化速率。,5）醇胺类有机物羟基的存在使其能够与水形成显著的氢键缔合，从而增加的水泥颗粒表面水膜的厚度。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,42,5.2 对水泥与减水剂相容性的影响,有害影响的原因：,：,1）,醇胺类有机物破坏了水泥中石膏与C3A的最佳匹配。而C3A与石膏的最佳匹配会显著影响水泥与减水剂相容性。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,43,2）助磨剂中的一些醇胺类有机物具有加速水泥早期水化速率的作用。过快的早期水化速率使得熟料更快地转化为水化产物，导致水泥浆体失去流动性，同时，水化产物还会大量吸附减水剂，吸附在水化产物上的减水剂对水泥浆体的流动度几乎没有作用。水化产物对减水剂的吸附，使水泥浆体液相中减水剂的相对数量减少，可以吸附到水泥颗粒表面的减水剂数量减少，相当于减少了减水剂的有效掺量。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,44,3）助磨剂改变例如水泥-减水剂的界面行为。,4）所有使水泥标准稠度用水量增加的原因。,1 表面电荷发生变化。,2 表面亲疏水性质发生变化。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,45,样品,Zeta电位/mV,空白,4.6,TEA,6.0,LGA,6.6,助磨剂改变了水泥颗粒表面电位。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,46,样品,助磨剂吸附量/mg/g,减水剂吸附量/mg/g,空白,0.00,3.12,TEA,0.13,3.24,LGA,0.14,3.14,PGA,0.20,3.21,助磨剂没有显著改变了水泥颗粒表面的减水剂吸附量。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,47,助磨剂加快了水泥水化速率。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,48,5.2 对水泥与减水剂相容性的影响,有利影响的原因：,1）,助磨剂的分散作用使磨内过粉磨减少，选粉机选粉效率提高，将减小特征粒径。更细的颗粒有助于提高圆形系数。圆形系数的提高降低颗粒堆积空隙率，并减小水泥颗粒间的摩擦力，从而提高水泥净浆或砂浆的流动性。,2）,助磨剂属于表面活性剂，某些助磨剂组分与减水剂具有类似的减水作用。,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,49,5.2 对水泥与减水剂相容性的影响,有利影响的原因：,3）在助磨剂中加入适当数量的引气剂。,4）加入小分子分散剂。,50,5.3 助磨剂的增强机理,1 助磨剂对水泥强度的作用表现为改善水泥粒度分布和参与水泥水化硬化过程两方面.,在参与水泥水化硬化方面是其对水化速率、孔结构、水化产物形貌、混合材料反应的综合表现。,多数助磨剂具有微弱的引气作用，将导致水泥强度略微下降，,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,5.,助磨剂对水泥性能影响机理,51,TEA对水泥石孔结构的影响,早期增大空隙率，后期不改变空隙率：,100nm-1000nm,大孔增加，,20nm-100nm,小孔减少,强度降低,52,TEA对水泥水化进程的影响,促进了水泥早期水化,增大,3d,水化程度；,促进,Aft,向,Afm,转化。,53,TEA对水泥石化学结合水量的影响,增大,水泥石化学结合水量,54,TEA对水泥石CH含量及尺寸的影响,减少了水泥石中各龄期CH含量。,CH的尺寸变得更小,55,TEA对水泥强度的影响机理,56,6,.,助磨剂配方设计,不同的熟料矿物组成及结构，不同的混合材料，不同掺量可以表现出不同的性能。,不同工厂的设备条件不同。,不同工厂的水泥性能特点不同。,不同工厂的顾客要求不同。,因此：不同工厂的助磨剂需要进行单独进行配方验证，必要时需要重新设计,57,谢谢！,58,