官能团基质三乙醇胺水泥助磨剂的制备与研究

摘要

水泥是现今社会最为广泛应用的一种建筑材料，也同样是资源过度消耗和环境不友好型材料。助磨剂可以提高粉磨效率，减少资源能源浪费。在助磨剂分子链上添加某些活性功能基团，各种功能基团通过协同的作用，使助磨效果较单一功能基团助磨剂有所提高，从而使功能基团改性型水泥助磨剂的助磨增强功效比单一功能基团助磨剂更为优异。本文通过一元有机酸、不饱和二元有机酸以及饱和二元有机酸对TEA进行化学改性，制备合成改性三乙醇胺(TEA)助磨剂，降低助磨剂的掺加量，提高水泥粉磨效率，增强了水泥早后期的综合强度，进一步改善水泥性能，解决了三乙醇胺助磨剂后期强度不足的问题。
　　本文合成了七种官能团基质的有机三乙醇胺化合物(YGA1、YGA2、YGA3、YGA4、YGB1、YGB2、YGB3)。以TEA为参考，各助磨剂在不同掺量，不同的粉磨时间分别与熟料和二水石膏在球磨机内粉磨，通过分析水泥粉体物料的筛余量、比表面积(SSA)、激光粒度分布、颗粒图像分析、强度、TG/DSC综合热分析、FTIR、XRD、SEM等性能，发现改性后的助磨剂对水泥助磨效果产生了一定影响，并剖析了作用机理。试验表明，改性后的三乙醇胺分子中新增了-COOH、-OH与羧酸根离子，助磨效果优于TEA;所合成的YGB系列助磨剂，随着羧酸碳链的增长与有效官能团数目的增多，助磨效果加强。研究结果如下:
　　(1) TEA与马来酸(M1)按照比例1∶1，反应温度为85～105℃时得到改性助磨剂YGA1。与TEA相比，掺加量0.03％，粉磨30min条件下，YGA1助磨剂使0.045mm筛余值从5.72％降至4.52％，降低幅度为20.98％;0.08mm筛余值从0.75％降至0.51％，降低幅度为32.0％;比表面积从472m2·kg-1增至496m2·kg-1，升高幅度为5.08％;3d、7d、28d抗压强度分别提高1.10％、4.71％、5.13％。
　　(2) TEA与酒石酸(CM3)按照比例1∶1，反应温度90℃时得到改性助磨剂YGB3。与TEA相比，掺加量0.03％，粉磨30min条件下，YGB3助磨剂使0.045mm筛余值从5.72％降至4.25％，降低幅度为25.69％;0.08mm筛余值从0.75％降至0.47％，降低幅度为37.33％;比表面积从472m2·kg-1增至521m2·kg-1，升高幅度为10.38％;3d、7d、28d抗压强度分别提高8.38％、7.21％、10.14％。
　　(3)激光粒度分布、均匀性系数和颗粒图像分布等分析表明，七种官能团基质三乙醇胺与TEA相比，颗粒级配得到优化，颗粒分散程度提高。YGA1与YGB3分别使影响水泥综合强度的0～32μm粒径颗粒含量增加了10.07％和12.06％。
　　(4) TG/DSC、XRD和SEM测试结果表明，官能团基质三乙醇胺作用下的水泥水化产物中纤维织物般的AFt、Ca(OH)2六方板状晶体和晶体C-S-H细纤维明显比未掺加助磨剂时的含量高，水泥样结构更为密实，孔隙减少，更加有助于发展水泥的后期强度。
　　(5) FTIR红外分析发现，YG系列助磨剂中引入了-COOH、-OH、酸根离子等活性官能团，推断这些活性官能团可能吸附于水泥物料颗粒表面并且容易与水泥裂纹表面的剩余价键和电荷Ca2+结合，屏蔽与中和剩余的价键力，通过电荷屏蔽作用机理来改变物料颗粒之间作用力，防止颗粒的团聚，提高粉磨效果。
　　(6)在合成型二元酸三乙醇胺盐类（YGB系列）助磨剂中，通过对不同官能团数目与分子链长度角度的分析研究表明，助磨效果的决定因素是助磨剂分子中所含官能基团的数量与类型。助磨作用与碳链长短也有一定关系，即碳链越长，有效官能团越多，助磨效果越好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 水泥助磨剂的国内外研究与发展

1．2．1 国外水泥助磨剂的研究现状

1．2．2 国内水泥助磨剂的研究现状

1．2．3 水泥助磨剂的作用机理

1．3 水泥助磨剂的分类

1．4 醇胺类助磨剂的研究进展

1．5 研究的目的及意义

1．6 研究的主要内容及拟解决的问题

1．6．1 主要研究内容

1．6．2 重点解决的问题

第二章 实验原材料、设备及测试方法

2．1 主要实验材料

2．1．1 硅酸盐水泥熟料

2．1．2 二水石膏

2．2 实验仪器、设备与改性助磨剂单体

2．2．1 合成装置

2．2．2 主要实验仪器

2．2．3 TEA及改性助磨剂单体

2．3 水泥粉磨及试验测试方法

2．3．1 水泥的粉磨

2．3．2 水泥0．045mm、0．08mm筛余测试方法

2．3．3 比表面积测试方法

2．3．4 颗粒级配测试方法

2．3．5 标准稠度需水量、凝结时间测试方法

2．3．6 颗粒形貌分析

2．3．7 FTIR傅立叶变换红外测试方法

2．3．8 强度测试

2．3．9 X射线衍射分析

2．3．10 扫描电子显徽镜(SEM)分析

2．3．11 TG-DSC分析

2．4 本章小结

第三章 官能团基质三乙醇胺水泥助磨剂的初探

3．1 实验材料

3．2 YGA系列水泥助磨剂的制备

3．3 YGA系列助磨帮恰成反应方程式

3．4 测试方法

3．5 实验结果与讨论

3．5．1 红外光谱分析

3．5．2 0．045mm/0．08mm方孔筛筛余

3．5．3 比表面积的影响

3．5．4 颗粒粒径

3．5．5 TG-DSC分析

3．5．6 力学性能

3．5．7 SEM分析

3．5．8 XRD分析

3．6 本章小结

第四章 二元有机酸官能团化三乙醇胺水泥助磨剂的制备与性能

4．1 实验材料与助磨机理

4．1．1 实验原料

4．1．2 YG系列助磨剂反应机理模型

4．2 YGB系列水泥助磨剂的制备

4．3 YGB系列助磨剂合成反应方程式

4．4 测试方法

4．5 实验结果与讨论

4．5．1 红外光谱分析

4．5．2 0．045mm/0．08mm方孔筛筛余

4．5．3 比表面积的影响

4．5．4 颗粒粒径

4．5．5 力学性能

4．5．6 颗粒形貌

4．5．7 XRD分析

4．6 本章小结

第五章 复配水泥助磨剂的研究

5．1 实验材料

5．1．1 实验原料

5．1．2 改性三乙醇胺助磨剂的制备

5．2 正交实验分析

5．3 YGA4正交试验

5．3．1 正交设计方案

5．3．2 正交实验结果及讨论

5．4 YGA2正交试验

5．4．1 正交设计方案

5．4．2 正交实验结果及讨论

5．5 YGB3正交试验

5．5．1 正交设计方案

5．5．2 正交实验结果及讨论

5．6 最优组合方案

5．7 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文