实验方案

1.实验背景及意义铝酸盐水泥(aluminouscement);即矾土水泥是指以矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以铝酸钙为主、氧化铝含量约50%的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥由于水化产物的晶型转变，导致水泥石长期强度下降的主要原因是：水泥水化后的主要水化产物CaO·Al2O3·10H2O(简写为CAH10)和2CaO·Al2O3·8H2O（简写为C2AH8）不稳定，在常温下，随着时间的推移，都会转变成稳定的3CaO·Al2O3·6H2O（简写为C3AH6），三者的比重分别为1.72、1.95、2.52。但由于铝酸盐水泥硬化后强度倒缩较为显著,限制了它的应用范围。Rodson等学者认为铝酸盐水泥后期强度损失的原因是由于铝酸盐水泥的水化产物由CAH10和C2AH8转化成C3AH6时固相体积分别减少50%和35%,伴随孔隙形成而强度下降.在硅酸盐系列水泥中矿物混合材的作用已经被人们所重视,适当的加入混合材对提高硅酸盐系列水泥材料的性能十分有利,在对铝酸盐水泥的研究中发现,加入适量的矿物混合材对改善铝酸盐水泥的性能有一定作用，由于水化物比重的变化，使水泥石的孔隙率显著增加，导致强度下降。此外，水化物CAH10和C2AH8都属六方晶系，晶体呈片状、针状,晶体间结合比较牢固，而C3AH6属立方晶系，常有较多的位错等缺陷存在，晶体本身强度较低，晶体之间的结合也比前两种晶体差，这也是导致铝酸盐水泥强度下降的另一原因。在湿热环境下,水泥石长期强度下降更为严重,甚至可能引起水泥石结构破坏。因此，一般在结构工程中，不宜采用铝酸盐水泥。通常所说的超细水泥，一般指的是勃氏比表面积)500~1000㎡kg，平均粒径5um左右，对于普通水泥进行超细粉磨，不仅提高了水泥的强度，还使其具有优良的水泥浆喷灌性能，可用于特殊工程的浇注和堵塞渗漏、喷涂等，是一般水泥无法实现的并实现高耐久性和低成本化。随着粉磨技术的发展,超细水泥的应用范围越来越广,目前在水电工程、矿山工程、隧道工程、建筑物等的修补与加固上均有涉及.超细水泥的特点是能渗透到微细裂隙,几乎可与化学灌浆材料相媲美.但是,随着水泥细度的增加,其流变性能变差、水化热增大、硬化水泥浆体收缩增大,这又严重妨碍了超细水泥的应用.为此,本实验通过研究水泥比表面积对其其强度和耐火性能的影响,降低超细水泥的成本，改善水泥的性能，以使高铝水泥得到更广泛的发展和应用。2..1水泥助磨剂水泥助磨剂是一种化学外加剂，在水泥粉磨过程中掺入少量即可改善粉磨过程。为了提高粉磨效率，降低粉磨电耗，提高水泥粉磨细度和水泥强度，在不改变工厂现有工艺和设备条件的前提下，在粉磨过程中，添加微量或少量的助磨剂去影响粉磨作业的机械力。水泥助磨剂是水泥产业链中的一个小产品，但是它在水泥行业中提产降耗等方面起着十分重要的作用，能为水泥企业带来实实在在的效益。20世纪80年代中期，我国研制成功了三个系列十多种助磨剂，分别适用于不同品种的水泥研磨。在比表面积不变的情况下，磨机台时产量提高10%～20%；矿化剂对熟料煅烧的产、质量提高；缓凝剂对水泥品质、性能的改善等等，已成为水泥生产中不可缺少的得力助手。随着建筑工程技术水平的提高，一般混凝土已不能满足不同施工技术条件的需要，人们已研究出能够改变混凝土各种性能的外加剂。如：配制优质高强度的混凝土、缩短施工工期加快建筑速度、满足特殊条件下的施工要求、实现混凝土水平和垂直方向的泵管输送、发展集中工业化大规模生产的商品混凝土等等；外加剂使混凝土的使用性能变得随心所欲，外加剂已成为除水泥、砂、石和水之外的第五种必不可少的组成材料。水泥和混凝土外加剂专项研究成果及其技术经济意义、工厂与工地的实施经验写真，执行水泥新标准后水泥企业的生产技术实践，部分国家标准和行业标准选登等等，必将对我国水泥企业、水泥制品及建筑施工部门正确、规范地了解和使用外加剂，起到积极的促进作用。作用1.在水泥磨机状况不改变的条件下，可以改变磨内物料的分散性，有效消除水泥微细颗粒的静电吸附和包球糊磨现象，优化水泥颗粒级配。2.在保持相同的水泥强度等级，利用相同的水泥熟料和混合材并适当调整其配比的条件下，添加水泥助磨剂后水泥熟料一般可以降低6-10%，同时增加混合材总量6-10%。3.在维持原有磨机产量不变，提高水泥粉磨细度及比表面积使水泥强度3天提高20%,28天提高10%以上；或维持现有的水泥粉磨细度及比表面积，可以提高水泥磨机的产量10%以上。水泥助磨剂还可以为水泥企业带来的直接经济效益：单产水泥电耗，研磨体的消耗量，磨机衬板消耗量，维修费用相应下降，生产率提高，企业生产规模扩大，成本下降。同时水泥助磨剂的使用可以改善水泥的流动性，提高选粉机的效率，减少水泥结库现象，水泥装卸时间和费用均会相应下降。掺量（1）使用水泥助磨剂的企业都知道，水泥助磨剂每个品种都有其最佳掺量，液体产品掺量一般在0.03%-0.15%（目前掺量一般在0.08%-0.10%之间），掺量范围大，价格悬殊也大；粉体产品掺量一般在0.5%-1%，掺量大，价格也低。实际上，助磨剂加少了起不到好的效果，加多了助磨效果也不能增加多少，水泥企业追求的应该性价比高的产品。因此，水泥助磨剂企业要有专业的研发人员和专业的技术服务团队，给水泥厂做好“顾问式”营销，针对不同企业的不同工艺技术，设备和混合材特点进行量身打造，与水泥企业互利共赢，共同发展。在我国的市场上，以前国内的厂家生产和销售的基本上均是粉体的。由于水泥新标准中对掺量和氯离子的限制，许多厂家开始生产液体产品。但还有相当数量的厂家还在生产粉体产品。据笔者对国内粉体水泥助磨剂的调查和分析,这些粉体添加剂中的主要成分是氯盐和硫酸钠。有些所谓的“助磨剂”中竟然没有助磨组分。表中为国内一些厂家生产的粉体水泥助磨剂的组成。众所周知，氯盐和硫酸钠对混合材有较好的活性激发作用，作者在这方面已进行了大量的研究工作，对它们的作用机理及对微观结构和性能的影响进行了非常系统的研究，这些研究结果都发表在国外著名的期刊上，而且已得到世界上水泥混凝土领域的广泛认可和引用。将氯盐和硫酸钠加入到水泥中会造成一些潜在的危害,下面叙述它们对水泥混凝土性能的影响。水泥混凝土中的高氯离子含量会引起钢筋锈蚀，从而导致混凝土开裂破坏。据报道，约80%的混凝土耐久性问题是与钢筋锈蚀有关。所以，世界上许多国家对水泥中的氯离子含量都作出了比较严格的规定，而且水泥生产厂家及水泥混凝土外加剂的生产厂家也都比较自觉。欧洲规定所有品种水泥中的氯离子含量都应小于0.1%，对用于予应力混凝土中的水泥中的氯离子含量应严格控制。日本规定普通水泥中的氯离子含量应小于0.035%，早强、超早强、中热、低热、抗硫酸盐等水泥中的氯离子含量应小于0.02%。我国国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）于今年6月1日正式实施，在这个水泥新标准中增加了“水泥生产中允许加入≤0.5%的助磨剂和水泥中的氯离子含量必须≤0.06%”的要求。原来粉体助磨剂的掺量在0.8-1.0%左右，假如其中的NaCl含量为30%，那助磨剂中加入的氯离子量为0.15-0.18%。即使现在可把掺量降到0.5%，但加到水泥中的氯离子或硫酸根离子的量是没有变的。再外加水泥熟料及混合材中的氯离子量，水泥中的氯离子量将远远超过水泥新标准中的规定量（2）碱-骨料反应和水泥的含碱量限制.众所周知，水泥中的碱就能与活性骨料发生反应而产生膨胀、甚至导致混凝土的开裂和破坏。因此，在许多重大工程中，限制所用水泥中的含碱量要小于0.6%。粉体助磨剂的掺量在0.8-1.0%左右，假如其中的NaCl含量为30%，那助磨剂中加入的Na2O量为0.16-0.20%，如其中还含30%的Na2SO4，则进一步增加0.10-0.13%的Na2O，这对低碱水泥的碱含量限制和潜在碱-骨料反应的发生会有很大的影响。美国在在建设高峰时期也没有太多关注碱-骨料，结果在八、九十年代时，全国发现了大量的因碱-骨料反应而导致混凝土结构破坏的案例，现在大家是“见碱变色”。许多调查研究结果表明，我国许多地区的骨料是碱活性的，而且也已发现有许多因碱-骨料反应而导致混凝土结构破坏的案例。因而在水泥中添加Na2SO4需要考虑潜在的后果。（3）泛碱现象及混凝土强度倒缩在水泥中添加硫酸钠有时能引起泛碱现象，掺量高时还能导致28天及以后龄期强度的倒缩尽管水泥混凝土中对硫酸钠没有直接的规定，但许多国家、地区或工程项目对碱是有严格规定的。硫酸钠对混凝土性能的影响会是多方面的。种类型号水泥助磨剂的种类（1）A、G2助磨剂（荆门职业技术学院林玉梅）A-有机试剂；G2-工业废液（2）KPY99水泥助磨剂（南华水泥有限公司）（3）CBA1110水泥添加剂（格雷斯公司）：CBA1110水泥添加剂中含有一种极微量成分CB110，它能催化C4AF的水化反应，并形成一种可溶的化合物，促使这种水化物离开水泥颗粒表面，从而有助于被C4AF相包围的硅酸钙相的水化反应。CB110与铁构成的可溶化合物在水溶液中离开水泥颗粒表面，然后与B110分离，自由的CB110分子重新回到水泥颗粒表面，与C4AF水化物中的铁进一步结合。因此，只要有未水化的C4AF相和水存在，CB110将会一直促进水泥的水化反应，使水泥大颗粒水化更加完全，使水泥强度完全发挥。（4）TM助磨剂（华南理工大学）：主要由三种物质组成：A为助磨效果较好的钠盐，B为非离子表面活性剂,C为具有助磨增强作用的盐类。三者按一定比例复合而成，浓度为40%，PH=8～9，密度为1.14g/cm3（5）BT-2000型多功能水泥活化助磨剂（6）新疆天山水泥股份公司使用：CGA型助磨剂（7）AS水泥助磨剂（中南大学化学化工学院）：三乙醇胺与减水剂（改性木质素衍生物）复合，以无机矿物为载体的新型复合助磨剂。（8）TM水泥助磨剂（华南理工大学）：主要由三种物质组成：A—钠盐，助磨效果较好；B—非离子表面活性剂；C—盐类，具有助磨增强作用。TM由A、B、C按一定比例复合而成，浓度为40%，密度：1.14g/cm3。（9）LT2003助磨剂（华南理工大学）：表面活性剂A、B、工业废液C、酸、碱以一定比例和程序配制而成，浓度40%，PH=8，密度：1.12g/cm3。（10）HM1002助磨剂（济南金翔远科技发展有限公司）：（11）DF型助磨剂（中国建材研究院、美国希普公司）（12）BD9911系列高效水泥助磨剂（天津水泥设计研究院必尔得公司）（13）CD88系列助磨剂（洛阳万顺建材公司）：主要由煤的提取物、植物油及醇胺等十多种材料经乳化复合而成。粉体助磨剂粉体助磨剂一般使用的主要原料由：三乙醇胺（助磨）、工业盐（导致氯离子超标）、硭硝、元明粉（易结晶），以粉煤灰作为载体搅拌混合均匀生产而成。液体助磨剂液体水泥助磨剂配方一般使用：三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、糖醚（也称为糖蜜、桔水，用于调色或改善水泥和易性／调节凝结时间）、醋酸钠（也成为乙酸钠）、十二烷基苯（提高流速）、氯化钙和硫酸钠等，经一固定容器内搅拌均匀后，灌装入桶。发展前景助磨剂配方不是一劳永逸的配方，需要经过科学试验，针对不同熟料和混合材做对比试验，总结经验才行。水泥新标准的实施为助磨剂行业的转型打入了强心针，粉体助磨剂向液体助磨剂的转型势在必行。液体助磨剂的技术发展比较迅速，近期各高校和部分助磨剂企业在开发新型助磨剂，有的是高分子合成的助磨剂，助磨剂行业将迎来欣欣向荣的大好局面。2.2本实验采用液体助磨剂所需化学试剂及生产厂家表实验药品纯度生产厂家亚硝酸钠NaNO2分析纯(99%)天津市恒兴化学试剂制造有限公司木钠分析纯(99%)天津市博迪化工有限公司三乙醇胺分析纯(99%)天津市凯通化学试剂有限公司乙二醇分析纯(99%)天津市博迪化工有限公司氯化钠分析纯(99%)天津市大茂化学试剂厂糖蜜—长春市宇林科技发展有限公司液体助磨剂配方表三乙醇胺乙二醇亚硝酸钠氯化钠木钠糖蜜水1#150100300_60_3902#130——_220_306203#150——_56_367584#150——1005