助磨剂对水泥需水量影响分析

O前言

        在助磨剂使用过程中，经常碰到客户反映使用助磨剂后水泥的标准稠度用水量增加或者使用助磨剂的水泥与混凝土外加剂相容性变差、需要增加减水剂用量才能使混凝土达到原来的工作性能等问题。这涉及到水泥的需水量问题，与水泥熟料矿物组成、混合材种类和数量、水泥颗粒粒度分布等诸多因素有关。本文主要借助公开的文献资料阐述影响水泥需水量的主要原因，并简要分析使用助磨剂对水泥需水量造成的影响。
        影响水泥标准稠度用水量的原因分析水泥加水拌和后会形成具有一定流动性的浆体，其中的拌和水按用途分可分为四个部分：(1)填充水，指填充于水泥颗粒之间的间隙所需的水；(2)润湿水，润湿水泥颗粒表面，在水泥颗粒表面形成一层水膜，使水泥颗粒间可自由滑动所需的水；(3)水化水，满足水泥加水初期的水化所需的化学结合水；(4)吸附水，吸收到水泥颗粒内部填充内部空隙的水。水泥标准稠度用水量是指使水泥浆体达到一定可塑性和流动性时所需要的拌合水用量，是水泥性能的重要指标。水泥标准稠度用水量的大小不仅影响水泥的凝结时间和安定性，还直接影响混凝土的水灰比，进而影响混凝土的强度、密实性、流动性等使用性能。

1．1熟料矿物组成对需水量的影响

造成熟料矿物需水量不同的原因主要是不同熟料矿物的水化反应速度和水化反应的方式不同，水化速率快的c，A矿物在拌合水加入时即发生水化反应消耗部分水，水化水需求量大，达到所需流动度时，用水量就大，而水化反应慢的矿物如c：s在标准稠度用水量测试的时间内，几乎不发生水化反应，水化水需求量就小。其次，不同矿物的密度也不一样，密度小的矿物，其质量体积大，润滑其颗粒表面形成水膜所需的水量就大。大量研究表明，熟料矿物中需水量由大到小顺序为：c，A>c，s>c。AF>c：S，其中，c4含量对需水量影响最大，每增加1％的CA含量，标准稠度用水量也大约增加1％，几乎呈直线关系。

1．2混合材对需水量的影响

混合材对需水量的影响，取决于混合材的种类、用量及细度等因素。从宏观状态来说，混合材的加入会影响水泥的堆积状态，粉磨的较细的混合材可填充于熟料颗粒之间的空隙，减少填充水用量，但由于它们更细，比表面积更大，其润湿水量也增大，因此，混合材对需水量的影响取决于其填充水与其润湿水的相对大小。低等级粉煤灰(含碳量高、烧失量高、含油质)、沸石、煤矸石等火山灰质混合材结构疏松多孔，内表面积很大，容易吸收水分，添加这类混合材后，吸附水量增加，需水量一般会相应增加。高品质粉煤灰的球形度高，具有一定的减水效应和微集料效应，可减少水泥需水量”。石灰石易磨性好，相同粉磨条件下，比熟料磨的更细，且早期基本不参与水化反应，化学水消耗减少，在合适的掺量下会降低水泥需水量。

1．3石膏种类对需水量的影响石膏作为硅酸盐水泥的缓凝剂，是水泥工业不可缺少的原料，应用于水泥生产中的石膏有天然二水石膏、硬石膏及脱硫石膏、磷石膏等工业副产石膏，因为不同石膏的化学组成、溶解速率、溶解度都不相同，因此，石膏种类对水泥需水量也有很大影响。张雅钦通过小磨研究石膏不同种类和纯度对水泥标准稠度用水量的影响，研究发现，天然二水石膏的纯度越高，水泥标准稠度用水量越小；在水泥其它配比相同的情况下，使用脱硫石膏制备的水泥比使用纯度低的天然二水石膏用水量更低。李楠等对柠檬酸渣、钛石膏、烟气脱硫石膏3种工业副产品石膏代替天然石膏作缓凝剂进行了试验研究，发现掺人柠檬酸渣的水泥需水量有所增大。

1．4碱含量对需水量的影响熟料中碱含量增加，会加速水泥早期水化速率，加大化学水的消耗，水泥标准稠度需水量增大。程新联”41等通过研究发现，当熟料中碱含量小于o．9％时，碱含量对熟料标准稠度用水量影响不明显，当碱含量大于1．0％，特别是K20含量超过1．2％时，熟料的标准稠度用水量会受到较大影响，显著增加。

1．5水泥颗粒粒度分布及形貌拌合水中的填充水和润湿水都与水泥的颗粒粒度分布有关，假设水泥颗粒为球形并且质地均匀，可以推导出这部分的水灰比计算公式

其中，水泥颗粒体积分数为Vg，固体颗粒的堆积密度为φ，颗粒表面的水膜厚度为6，水泥的比重为p，水泥的比表面积为S。从公式可以看出，在比表面积一定的情况下，水泥需水量与堆积密度成反比，而水泥的堆积密度与水泥的颗粒分布有关系。水泥颗粒粒度分布较宽时，水泥的堆积密度较大，这时水泥需水量相对较小，而水泥颗粒粒度分布较窄时，堆积密度较小、标准稠度相对较大。另外，水泥颗粒形貌对需水量也有一定影响，球 形度高的水泥润湿颗粒表面形成水膜所需的润湿水较球形度低的水泥少，且球形度高的水泥颗粒堆积密实，填充空隙水需用量少，而不规则水泥颗粒在堆积时易相互支撑盘错，孔隙率更高，填充空隙水需用量也高。因此，从颗粒形貌来说颗粒球形度高时，具有较小的标准稠度需水量，而片状、棱角等不规则形貌水泥颗粒较多时，水泥标准稠度需水量较高。

2助磨剂的使用对水泥需水量的影响2．1助磨剂物质本身对水泥需水量的影响选取了临沂海螺新材料科技有限公司的早强型助磨剂I A、复合助磨剂ⅢA、ⅢB及缓凝型助磨剂ⅣA等助磨剂产品及助磨剂主要原料三乙醇胺(TEA)、三异丙醇胺(TIPA)、二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)研究了他们对水泥需水量的影响。为排除水泥原料组成、颗粒组成等因素对需水量产生的影响，实验采用直接掺加法，即先粉磨好不加任何添加剂的空白水泥，然后添加不同助磨剂加水搅拌，测定标准稠度用水量。其中粉体产品I A等掺量替代水泥，将助磨剂与空白水泥在混料器中混合均匀后，再加水进行试验，其余液体产品等掺量代替拌合水将助磨剂加入水中混合均匀后，再进行试验。水泥配合比见表1，原料化学成分见表2，试验结果见表3。

由结果可知，除早强型助磨剂I A的加入会引起水泥标准稠度用水量少量上升以外，其它助磨剂及主要原料均不会引起用水量的上升，ⅢA、ⅢB的加入不影响需水量，ⅣA、TEA、TIPA、DEIPA的加入会降低需水量。这可能是因为助磨剂的主要原料三乙醇胺、三异丙醇胺均有一定的引气作用，可使水泥颗粒间的分散变得相对容易，且醇胺物质可促进AFt的生成，生成的AFt覆盖在水泥熟料颗粒表面，阻碍c，s的进一步水化，延缓浆体结构的形成，因此体系黏度变低、化学水用量也减少。

2．2助磨剂大磨应用时需水量变化的原因分析

根据江西某水泥厂反映的使用助磨剂引起水泥需水量变高的问题，我们通过分析使用助磨剂前后水泥混合材使用情况及水泥颗粒级配的变化，判断该厂水泥需水量变高的原因有以下两点：(1)混合材炉渣、粉煤灰使用量加大，所需吸附水增加。经与水泥厂家进一步沟通，发现他们用的燃煤炉渣疏松多孔，用的粉煤灰为脱硫灰，几乎无球形颗粒存在，形状不规则，且分布有较多细孔，增加炉渣、粉煤灰用量后，吸附水量必定会增大，且这类粉煤灰几乎无“滚珠减水”效应，因此，增加它们的用量后，用水量呈增大趋势。(2)水泥颗粒变细，所需润湿水增加。在该厂水泥生产过程中，主要是通过比表面积来控制水泥的细度指标，因为助磨剂的主要成分为三乙醇胺、乙二醇、甘油等表面活性物质，使用助磨剂后，水泥颗粒变得较为润滑，在使用勃氏透气法测定比表面积时，空气更容易穿过，虽然比表与使用助磨剂前一样，但水泥颗粒实际已经变的更细。因为水泥颗粒变得更细，实际的比表面积较助磨剂使用前是偏高的，因此所需润湿水量增加，也会引起需水量变大。

2．3助磨剂应用引起需水量变化后水泥与混凝土外加剂适应性

水泥生产厂使用助磨剂后，经常有厂家反馈水泥的需水量增加了，从而担心水泥与混凝土外加剂适应性变差，影响其水泥在商混站的使用。

近年来，关于水泥助磨剂与混凝土外加剂的适应性的问题已经成为讨论和研究的热点，且也有较多的研究文献公开。从分子结构看，水泥助磨剂主要是有机小分子，减水剂是大分子聚合物，两者没有相互反应的官能团，所以助磨剂本身不会与外加剂反应进而伤害水泥与外加剂的适应性，相反有时会改善水泥与外加剂的适应性。表6为江苏某水泥公司使用我公司ⅢB型助磨剂后，水泥标准稠度需水量及水泥净浆流动度试验数据。

由数据可看出，加入水泥助磨剂后，水泥标准稠度增加了o．7％，但水泥净浆流动度及1 h保留值均有增加，说明水泥与外加剂适应性变好。因此，在使用水泥助磨剂过程中，不能武断认为加入助磨剂会导致水泥标准稠度需水量增加，从而使水泥与外加剂适应性变差，而应从对水泥与外加剂适应性的各个影响因素进行分析，查找原因，解决问题。

3结论

综合上述讨论，熟料矿物组成、混合材的种类与用量、石膏种类、碱含量、水泥颗粒分布等都影响水泥的需水量。助磨剂直接掺加法实验表明，水泥的需水量与助磨剂没有直接的关系，但是因为使用助磨剂会改变水泥的颗粒级配、增加水泥混合材用量等原因，会间接影响水泥的需水量。对市场上反馈的水泥需水量变动问题要结合实际查找原因。

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