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三乙醇胺助磨剂对水泥与聚羧酸系减水剂适应性的影响及其机理

来源: 石家庄市海森化工有限公司  日期:2019-08-29 09:30:23  属于:产品技术
文章摘要:
摘要 
测试了以三乙醇胺(Triethanolamine,TEA)为助磨剂所磨制的水泥(TEAGC)的基本物理性质,探究了 TEAGC与聚羧 酸系减水剂体系浆体流动性及经时流动性的变化规律,并通过吸附量测定、水化热分析、 TEA 溶出量测试分析以及水泥颗粒表面性质分析等方法揭示了 TEA 的助磨机理及其对水泥与 PCE适应性的影响机理.结果表 明,TEA 作为助磨剂使用时,当其掺量为0%~0.02%时,所磨制的水泥与PCE适应性良好,其原因为少量的TEA改善了水泥颗粒的 粒径分布;当其掺量为0.02%~0.04%时,TEAGC与PCE出现适应性不良的现象,其原因为PCE吸附量降低,水泥水化速率加快.

实验

原材料 水泥熟料.二水石膏和三乙醇胺均为化学纯.聚羧酸减水剂固含量为 40%.拌合水为可饮用水. 

实验方法 采用美国 BeckmanCoulterLS230型激光粒度仪测定。水泥的颗粒粒径.测试范围为0.04~2000.00μm,得到水泥 粉体的粒度分布曲线及相应的统计值(以体积百分数计). 水泥净浆流动度按照混凝土外加剂匀质性试验方法 (GB8077G2012)规定的方法进行试验.

采用日本 HitachiUG3310紫外可见光光度计测试并计 算水泥颗粒对 PCE 分子的吸附 量.通 过测 试 不同 浓 度的 PCE的标准溶液绘制出浓度与吸光度的标准曲线,拟合回归 方程 Ads=0.01741c+0.07386,测定未知浓度样品的吸光 度,将其代入回归方程,计算样品浓度,再结合初始浆体中 PCE的掺量反推出水泥颗粒对 PCE分子的吸附量. 采用四通道微量热仪(ThermometricsTAMair)测定空 白组和由不同掺量 TEAGC拌合而成的浆体的水化热.仪器 温度最小分辨率为0.1 ℃,自动数据采集系统每隔1min采 集一次数据. 采用日本 TOCGVCPN 型总有机碳分析仪测试 TEA 分 子溶出量,在水灰比为3.0的情况下,将不同掺量 TEAGC加 水拌合3min后的浆体装入离心管中,在10000r/min转速 下离心4min,收集上层清液作为测试样品. 采用 HP6890型气相色谱仪分析水泥表面性质,以高纯氮气作载气,控制流速20mL/min.其工作原理是分子探针 通过装待测样的色谱柱,利用不同探针分子与待测样之间的 相互作用或相同探针分子与不同待测样品间的相互作用存 在差异,而导致保留体积的不同,从而可以测定待测样品的 表面状态.

实验结果与机理 
TEAGC的物理性质及助磨机理
基本物理性质 将 TEA 加水配制成质量分数为50%的溶液,按照一定掺量(按照熟料与石膏总质量的百分比计)与水泥熟料和二水石膏混合后,加入到球磨机中进行粉磨,控制出磨水泥比表面积为(370±10)m2/kg,

实验结果表明,将水泥粉磨至同一比表面积范围时,随着TEA 掺量(0%~0.04%)的增加,所磨制水泥的物理性质均呈现规律性变化:水泥粉磨时间逐渐缩短,磨制水泥的各尺度筛余量均逐渐降低,初凝时间和终凝时间均逐渐缩短. 由实验结果可知,TEA 的掺加可显著影响水泥颗粒的粒径分布.随着粉磨时 TEA 掺量的增加,粒径范围为0~20μm 时,水泥颗粒的体积分数不断增加;粒径范围为20~160μm 时,颗粒的体积分数降低.粒径分布测试结果与各尺度筛余 量测试结果一致. 
 
从水泥表面性质角度探究TEA助磨机理 表面能是产生物质新表面时对分子间化学键破坏的度量.在固体物理理论中,表面能可以衡量固体材料分解成小块需要的能量,即表面能越大固体破碎成粉体时需要消耗更 多的能量.粘附功是指不同物质接触时,相邻分子有相互作用力,将相邻分子分离则需做功,这种功称为粘附功,也可以 理解为两种不同物质相互吸附时所释放的能量.粘附功越 大,两者的吸附能力越强. TEA 掺量分别为0%和0.04%的情况下,所磨制的水泥在相同探针分子、不同表面覆盖率下的总表面能和粘附功,其中表面覆盖率(Surfacecoverage)表示喷入探针分子 的摩尔数(n)与当水泥颗粒表面理论上完全覆盖探针分子单 分子层时探针分子的摩尔数(nm )之比.

结果可知,当探针分子表面覆盖率较小时,两种水泥样品的表面能存在明显差异:0.04%掺量 TEAGC 的 总表面能和粘附功均显著低于空白水泥.图3中水泥颗粒 表面上的总表面能分布曲线表征了在水泥样品表面上具有 一定总表面能的表面颗粒的分布情况,可以看出,掺加 TEA 后颗粒总表面能的分布发生了明显改变,空白组水泥的总表 面能分布范围为65~130mJ
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