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摘 要：为了研究助磨剂对水泥性能的影响，本文将采用三种不同的助磨剂按照一定的比例混合，通过三因素三水平的正交试验，以分析和研究复合助磨剂对水泥性能的具体影响。试验结果表明助磨剂可以有效的提高水泥的助磨效果，降低用水量，同时提高水泥胶砂强度，因此可以认定，助磨剂对水泥性能有很大的影响。
关键词：复合助磨剂；水泥性能；胶砂强度；正交试验
1 引言
在建筑工程项目中，应用最为广泛的一种材料为水泥。2014年，我国的水泥产量达到了247619.36万吨，增幅较为明显，在很长的一段时间内我国的水泥均处于世界首位。但是水泥产量的大规模持续增长是建立在天然资源和能源资源的大量消耗上，同时对自然环境和生态环境造成了很大的污染和破坏，这与我国的可持续发展理念相违背。
在水泥的生产过程中，主机电耗占到了综合电耗的74%以上，其中大部分为粉磨的电耗，特别重要的一点是在水泥粉磨施工过程中，很大一部分能量是直接转化成热量消耗掉，仅仅只有一小部分的能量是用于增加新表面上，其比例大致为0.6%～1%之间。在水泥粉磨生产过程中，在细度条件相同的情况下，通过加入助磨剂可以有效的提高粉磨的生产效率，效率的提高主要表现为粉磨时间的减短、能耗的降低、台时产量的增加；在粉磨时间相同的情况下，助磨剂的添加可以有效的提高水泥的细度和强度[1]。
目前，在水泥的生产中可以起到助磨作用的物质主要包括醇类、酚类、胺类以及皂类等。不同的单体助磨剂均有其独特的优缺点，有的单体助磨剂可以有效的降低筛余量，有的价格具有优势，有的能够提高水泥的性能。因此，本文笔者通过多种不同助磨剂的比较，选取了其中三种助磨剂，分别为木质素磺酸钙、乙二醇和二甲基酰胺，将这三种助磨剂按照一定的比例进行混合，采用三因素三水平的正交试验，以发挥三种助磨剂不同的助磨機理，从而提高助磨剂的适应性和助磨效果，以达到改善水泥性能的目的[2]。
2 试验方案
本文进行助磨剂对水泥性能影响试验所采用的水泥来自某一工厂生产的水泥。如表1所示为水泥熟料的成分。先将该厂生产的水泥熟料与二水石膏分别通过破碎机对其进行破碎，水泥熟料和石膏的粒径应控制在7mm以内，然后按照水泥：石膏=95：5的比例将水泥和石膏加入到试验磨机中进行粉磨[3]，试验磨机的尺寸为φ500mm×500mm。粉磨每次的配料重量为5kg。水泥助磨剂的助磨效果按照相关的规范要求进行试验，粉磨的时间控制在34min，比表面积为346.8m2/kg。以一定的掺量将助磨剂加入到水泥试验磨机中粉磨。粉磨完成之后采用80um筛的筛余减少量对助磨剂的助磨效果进行检验，其余的水泥性能试验均按照相应的标准进行[4]。
在本试验中，所采用的助磨剂分别为木质素磺酸钙、乙二醇和二甲基酰胺，将这三种助磨剂按照一定的比例进行混合，采用三因素三水平的正交试验。如表2所示为三因素三水平的正交试验设计。在本试验中一共进行了9组的助磨剂的影响试验，同时进行一组未添加助磨剂的试验作为空白对比。
3 试验结果分析
3.1复合助磨剂对水泥助磨效果的影响
如表3所示为水泥中添加复合助磨剂之后，复合助磨剂对水泥助磨效果的影响。从表3中可以看出，在第9组的试验中，助磨剂对水泥助磨效果最为明显，使得筛余减少值和比表面积增加值均达到最大，其值分别为6.3%和43.5 kg/m2。第1组的试验中，助磨剂对水泥助磨效果最差，筛余减少值为2.1%，增加值为14.2 kg/m2。另外，第3组和第5组的试验，助磨剂对水泥均有较好的助磨效果，其中，第3组的筛余减少值和比表面积增加值分别为5.6%和37.2kg/m2，第5组的筛余减少值和比表面积增加值分别为5.7%和26.4 kg/m2。从试验中可以看出，复合助磨剂对水泥的助磨效果有了较为明显的提高。
表3 复合助磨剂对水泥助磨效果的影响
3.2复合助磨剂对水泥物理性能的影响
在本试验中，复合助磨剂是采用三种不同的单体助磨剂通过一定的比例混合在一起，因此复合助磨剂综合了单体助磨剂的优点，同时也消除了单体助磨剂的缺点。如表4所示为复合助磨剂对水泥物理性能的影响。
表4 复合助磨剂对水泥物理性能的影响
从表中可以看出，在水泥中掺加复合助磨剂之后，水泥细度虽然提高了挺多，但是复合助磨剂对水泥胶砂流动度基本没有什么影响，与空白水泥试样相比，就只有第1组和第8组的试验变化稍微大些，其他几组试验基本没多大变化。对于水泥的安定性，复合助磨剂的添加并未对其造成不良影响。对于水泥标准稠度需水量而言，复合助磨剂的添加降低了需水量，其中第2组的试验，复合助磨剂对水泥标准稠度需水量的降低值最大，达到了23.9%，与空白水泥试样相比，需水量降低了1.3%。这主要是因为水泥细度的提高，会提高水泥标准稠度需水量，但是复合助磨剂在水泥中的添加可以抵消水泥细度增加对需水量的增大作用，因此，这就可以在增大水泥细度的同时而不增大水泥标准稠度需水量。对于水泥的初凝时间和终凝试验而言，复合助磨剂的添加对水泥的凝结时间起到了降低作用，其中第3组试验中，复合助磨剂对水泥的凝结时间降低达到了最大，与空白水泥试样相比，初凝时间降低了25min，终凝时间降低了40min。
从以上的分析中可以看出，在水泥中添加复合助磨剂可以有效的改善水泥的性能。
3.3复合助磨剂对水泥胶砂强度的影响
如表5所示为复合助磨剂对水泥胶砂强度的影响。从表中可以看出，在水泥中添加复合助磨剂均使水泥胶砂强度得了一定程度的提高，在这9组试验中，其中第9组试验中，水泥胶砂强度的提高效果最为明显。第9组3d抗折强度为6.1 MPa，抗压强度为25.6 MPa，与空白水泥试验相比，提高了0.8MPa和5.4MPa；28d抗折强度为9.1 MPa，抗压强度为50.6 MPa与空白水泥试验相比，提高了 0.6 MPa和5.4 MPa，中可以看出，复合助磨剂主要是对水泥的初期强度起到提高作用，水泥的后期强度基本与空白水泥比较接近。从其他的几组中也同样可以看出，复合助磨剂对水泥胶砂强度起到了提高作用，但是效果不是很明显，同时其后期的强度也基本与空白水泥相接近。复合助磨剂对水泥胶砂强度的提高效果主要体现在初期。 表5 复合助磨剂对水泥胶砂强度的影响
3.4复合助磨剂对水泥颗粒分布的影响
为了进一步研究复合助磨剂对水泥颗粒分别的影响，本试验采用激光粒度测试仪对水泥颗粒的粒径分布进行测量。如表6所示为复合水泥助磨剂对水泥颗粒分布的影响。从表中可以看出，复合助磨剂在水泥中的添加改变了水泥颗粒的分布，其中≤3um和>80um的水泥颗粒距有所减少，而≤30um、≤60um以及≤80um均有所增加。而3 um～30um之间水泥颗粒的增加量最大，粒径在3 um～30um的水泥颗粒对水泥强度的提高效果起到主要影响作用。因此，粒径在3 um～30um的水泥颗粒数量的提高可以有效的提高水泥的胶砂强度。但是从表中是无法看出水泥比表面积是否随着筛余减少值的增大而减少，这主要是因为，复合助磨剂在水泥中的添加，同时减少了水泥颗粒中过细和过粗的颗粒，因此两者相互抵消，是无法明确水泥比表面积的变化情况。在第9组试验中，与空白水泥试样相比，粒径≤30um水泥颗粒的增加值是最大的，同时根据表5中的分析结果可以知道，第9组强度的提高效果也是最大的，因此這就说明了中间部位颗粒数量的增加对水泥胶砂强度可以起到提高作用。
表6 复合水泥助磨剂对水泥颗粒分布的影响
4 结束语
本文笔者为了研究复合助磨剂对水泥性能的影响，将木质素磺酸钙、乙二醇和二甲基酰胺这三种助磨剂按照一定的比例进行混合，进行三因素三水平的正交试验，得到了以下的试验结果：
（1）水泥中添加复合助磨剂之后在一定程度上提高了水泥的助磨效果。在第9组的试验中，助磨剂对水泥助磨效果最为明显，使得筛余减少值和比表面积增加值均达到最大，其值分别为6.3%和43.5kg/m2，第3组和第5组试验中，复合助磨剂的添加也取得了较好的助磨效果。
（2）在水泥中掺加复合助磨剂之后，水泥细度虽然提高了挺多，但是复合助磨剂对水泥胶砂流动度基本没有什么影响，与空白水泥试样相比，就只有第1组和第8组的试验变化稍微大些，其他几组试验基本没多大变化。对于水泥标准稠度需水量而言，复合助磨剂的添加降低了需水量。对于水泥的初凝时间和终凝试验而言，复合助磨剂的添加对水泥的凝结时间起到了降低作用。
（3）在水泥中添加复合助磨剂均使水泥胶砂强度得了一定程度的提高，在这9组试验中，其中第9组试验中，水泥胶砂强度的提高效果最为明显。复合助磨剂主要是对水泥的初期强度起到提高作用，水泥的后期强度基本与空白水泥比较接近。
（4）复合助磨剂在水泥中的添加改变了水泥颗粒的分布，其中≤3um和>80um的水泥颗粒距有所减少，而≤30um、≤60um以及≤80um均有所增加。粒径在3 um～30um的水泥颗粒数量的提高可以有效的提高水泥的胶砂强度。但是从表中是无法看出水泥比表面积是否随着筛余减少值的增大而减少。
参考文献
[1]胡瑞珍. 助磨剂对水泥性能影响的研究[D].湖南大学，2010.
[2]顾期斌，倪佳苗. 复合助磨剂对水泥性能影响的实验研究[J]. 湖北第二师范学院学报，2013，02：49-51.
[3]黄义雄，陈景，张建亮，李杰，胡智杰，刘伦，何学云. 助磨剂对粉磨水泥性能的影响研究[J]. 粉煤灰综合利用，2013，03：32-35.
[4]潘俊辉. 四种醇胺类物质对水泥水化及强度性能影响的研究[D].华南理工大学，2014.
作者简介：
姜文龙（1980-），男，学士，助理工程师，化验室主任，从事水泥生产及技术研究，身份证号码430304198008152278。
关键词：复合助磨剂；水泥性能；胶砂强度；正交试验
1 引言
在建筑工程项目中，应用最为广泛的一种材料为水泥。2014年，我国的水泥产量达到了247619.36万吨，增幅较为明显，在很长的一段时间内我国的水泥均处于世界首位。但是水泥产量的大规模持续增长是建立在天然资源和能源资源的大量消耗上，同时对自然环境和生态环境造成了很大的污染和破坏，这与我国的可持续发展理念相违背。
在水泥的生产过程中，主机电耗占到了综合电耗的74%以上，其中大部分为粉磨的电耗，特别重要的一点是在水泥粉磨施工过程中，很大一部分能量是直接转化成热量消耗掉，仅仅只有一小部分的能量是用于增加新表面上，其比例大致为0.6%～1%之间。在水泥粉磨生产过程中，在细度条件相同的情况下，通过加入助磨剂可以有效的提高粉磨的生产效率，效率的提高主要表现为粉磨时间的减短、能耗的降低、台时产量的增加；在粉磨时间相同的情况下，助磨剂的添加可以有效的提高水泥的细度和强度[1]。
目前，在水泥的生产中可以起到助磨作用的物质主要包括醇类、酚类、胺类以及皂类等。不同的单体助磨剂均有其独特的优缺点，有的单体助磨剂可以有效的降低筛余量，有的价格具有优势，有的能够提高水泥的性能。因此，本文笔者通过多种不同助磨剂的比较，选取了其中三种助磨剂，分别为木质素磺酸钙、乙二醇和二甲基酰胺，将这三种助磨剂按照一定的比例进行混合，采用三因素三水平的正交试验，以发挥三种助磨剂不同的助磨機理，从而提高助磨剂的适应性和助磨效果，以达到改善水泥性能的目的[2]。
2 试验方案
本文进行助磨剂对水泥性能影响试验所采用的水泥来自某一工厂生产的水泥。如表1所示为水泥熟料的成分。先将该厂生产的水泥熟料与二水石膏分别通过破碎机对其进行破碎，水泥熟料和石膏的粒径应控制在7mm以内，然后按照水泥：石膏=95：5的比例将水泥和石膏加入到试验磨机中进行粉磨[3]，试验磨机的尺寸为φ500mm×500mm。粉磨每次的配料重量为5kg。水泥助磨剂的助磨效果按照相关的规范要求进行试验，粉磨的时间控制在34min，比表面积为346.8m2/kg。以一定的掺量将助磨剂加入到水泥试验磨机中粉磨。粉磨完成之后采用80um筛的筛余减少量对助磨剂的助磨效果进行检验，其余的水泥性能试验均按照相应的标准进行[4]。
在本试验中，所采用的助磨剂分别为木质素磺酸钙、乙二醇和二甲基酰胺，将这三种助磨剂按照一定的比例进行混合，采用三因素三水平的正交试验。如表2所示为三因素三水平的正交试验设计。在本试验中一共进行了9组的助磨剂的影响试验，同时进行一组未添加助磨剂的试验作为空白对比。
3 试验结果分析
3.1复合助磨剂对水泥助磨效果的影响
如表3所示为水泥中添加复合助磨剂之后，复合助磨剂对水泥助磨效果的影响。从表3中可以看出，在第9组的试验中，助磨剂对水泥助磨效果最为明显，使得筛余减少值和比表面积增加值均达到最大，其值分别为6.3%和43.5 kg/m2。第1组的试验中，助磨剂对水泥助磨效果最差，筛余减少值为2.1%，增加值为14.2 kg/m2。另外，第3组和第5组的试验，助磨剂对水泥均有较好的助磨效果，其中，第3组的筛余减少值和比表面积增加值分别为5.6%和37.2kg/m2，第5组的筛余减少值和比表面积增加值分别为5.7%和26.4 kg/m2。从试验中可以看出，复合助磨剂对水泥的助磨效果有了较为明显的提高。
表3 复合助磨剂对水泥助磨效果的影响
3.2复合助磨剂对水泥物理性能的影响
在本试验中，复合助磨剂是采用三种不同的单体助磨剂通过一定的比例混合在一起，因此复合助磨剂综合了单体助磨剂的优点，同时也消除了单体助磨剂的缺点。如表4所示为复合助磨剂对水泥物理性能的影响。
表4 复合助磨剂对水泥物理性能的影响
从表中可以看出，在水泥中掺加复合助磨剂之后，水泥细度虽然提高了挺多，但是复合助磨剂对水泥胶砂流动度基本没有什么影响，与空白水泥试样相比，就只有第1组和第8组的试验变化稍微大些，其他几组试验基本没多大变化。对于水泥的安定性，复合助磨剂的添加并未对其造成不良影响。对于水泥标准稠度需水量而言，复合助磨剂的添加降低了需水量，其中第2组的试验，复合助磨剂对水泥标准稠度需水量的降低值最大，达到了23.9%，与空白水泥试样相比，需水量降低了1.3%。这主要是因为水泥细度的提高，会提高水泥标准稠度需水量，但是复合助磨剂在水泥中的添加可以抵消水泥细度增加对需水量的增大作用，因此，这就可以在增大水泥细度的同时而不增大水泥标准稠度需水量。对于水泥的初凝时间和终凝试验而言，复合助磨剂的添加对水泥的凝结时间起到了降低作用，其中第3组试验中，复合助磨剂对水泥的凝结时间降低达到了最大，与空白水泥试样相比，初凝时间降低了25min，终凝时间降低了40min。
从以上的分析中可以看出，在水泥中添加复合助磨剂可以有效的改善水泥的性能。
3.3复合助磨剂对水泥胶砂强度的影响
如表5所示为复合助磨剂对水泥胶砂强度的影响。从表中可以看出，在水泥中添加复合助磨剂均使水泥胶砂强度得了一定程度的提高，在这9组试验中，其中第9组试验中，水泥胶砂强度的提高效果最为明显。第9组3d抗折强度为6.1 MPa，抗压强度为25.6 MPa，与空白水泥试验相比，提高了0.8MPa和5.4MPa；28d抗折强度为9.1 MPa，抗压强度为50.6 MPa与空白水泥试验相比，提高了 0.6 MPa和5.4 MPa，中可以看出，复合助磨剂主要是对水泥的初期强度起到提高作用，水泥的后期强度基本与空白水泥比较接近。从其他的几组中也同样可以看出，复合助磨剂对水泥胶砂强度起到了提高作用，但是效果不是很明显，同时其后期的强度也基本与空白水泥相接近。复合助磨剂对水泥胶砂强度的提高效果主要体现在初期。 表5 复合助磨剂对水泥胶砂强度的影响
3.4复合助磨剂对水泥颗粒分布的影响
为了进一步研究复合助磨剂对水泥颗粒分别的影响，本试验采用激光粒度测试仪对水泥颗粒的粒径分布进行测量。如表6所示为复合水泥助磨剂对水泥颗粒分布的影响。从表中可以看出，复合助磨剂在水泥中的添加改变了水泥颗粒的分布，其中≤3um和>80um的水泥颗粒距有所减少，而≤30um、≤60um以及≤80um均有所增加。而3 um～30um之间水泥颗粒的增加量最大，粒径在3 um～30um的水泥颗粒对水泥强度的提高效果起到主要影响作用。因此，粒径在3 um～30um的水泥颗粒数量的提高可以有效的提高水泥的胶砂强度。但是从表中是无法看出水泥比表面积是否随着筛余减少值的增大而减少，这主要是因为，复合助磨剂在水泥中的添加，同时减少了水泥颗粒中过细和过粗的颗粒，因此两者相互抵消，是无法明确水泥比表面积的变化情况。在第9组试验中，与空白水泥试样相比，粒径≤30um水泥颗粒的增加值是最大的，同时根据表5中的分析结果可以知道，第9组强度的提高效果也是最大的，因此這就说明了中间部位颗粒数量的增加对水泥胶砂强度可以起到提高作用。
表6 复合水泥助磨剂对水泥颗粒分布的影响
4 结束语
本文笔者为了研究复合助磨剂对水泥性能的影响，将木质素磺酸钙、乙二醇和二甲基酰胺这三种助磨剂按照一定的比例进行混合，进行三因素三水平的正交试验，得到了以下的试验结果：
（1）水泥中添加复合助磨剂之后在一定程度上提高了水泥的助磨效果。在第9组的试验中，助磨剂对水泥助磨效果最为明显，使得筛余减少值和比表面积增加值均达到最大，其值分别为6.3%和43.5kg/m2，第3组和第5组试验中，复合助磨剂的添加也取得了较好的助磨效果。
（2）在水泥中掺加复合助磨剂之后，水泥细度虽然提高了挺多，但是复合助磨剂对水泥胶砂流动度基本没有什么影响，与空白水泥试样相比，就只有第1组和第8组的试验变化稍微大些，其他几组试验基本没多大变化。对于水泥标准稠度需水量而言，复合助磨剂的添加降低了需水量。对于水泥的初凝时间和终凝试验而言，复合助磨剂的添加对水泥的凝结时间起到了降低作用。
（3）在水泥中添加复合助磨剂均使水泥胶砂强度得了一定程度的提高，在这9组试验中，其中第9组试验中，水泥胶砂强度的提高效果最为明显。复合助磨剂主要是对水泥的初期强度起到提高作用，水泥的后期强度基本与空白水泥比较接近。
（4）复合助磨剂在水泥中的添加改变了水泥颗粒的分布，其中≤3um和>80um的水泥颗粒距有所减少，而≤30um、≤60um以及≤80um均有所增加。粒径在3 um～30um的水泥颗粒数量的提高可以有效的提高水泥的胶砂强度。但是从表中是无法看出水泥比表面积是否随着筛余减少值的增大而减少。
参考文献
[1]胡瑞珍. 助磨剂对水泥性能影响的研究[D].湖南大学，2010.
[2]顾期斌，倪佳苗. 复合助磨剂对水泥性能影响的实验研究[J]. 湖北第二师范学院学报，2013，02：49-51.
[3]黄义雄，陈景，张建亮，李杰，胡智杰，刘伦，何学云. 助磨剂对粉磨水泥性能的影响研究[J]. 粉煤灰综合利用，2013，03：32-35.
[4]潘俊辉. 四种醇胺类物质对水泥水化及强度性能影响的研究[D].华南理工大学，2014.
作者简介：
姜文龙（1980-），男，学士，助理工程师，化验室主任，从事水泥生产及技术研究，身份证号码430304198008152278。