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掺糖蜜对粉煤灰-矿渣水泥性能的影响

研究了掺0.01~0.05废糖蜜对大掺量混合材复合水泥粒级配、标准稠度用水量、凝结时间和强度发展的影响规律，并与传统三乙醇胺类助磨剂相对比。结果表明：掺0.02~0.03废糖蜜对煤灰粉-矿渣复合水泥具有明显的助磨效果，使水泥早期和后期强度均明显提高，且起作用效果优于传统三乙醇胺类助磨剂。糖蜜掺量超过0.03%时，会对复合水泥产生明显的缓凝作用而导致复合水泥强度有所降低。
　 【关键词】复合水泥；糖蜜；助磨剂；强度发展

　　复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)是我国六大通用硅酸盐水泥之一。一方面，这种水泥中的混合材掺量远远高于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，可以解决传统硅酸盐水泥存在的早期水化放热量大、容易开裂等缺点，在资源、能源的浪费与环境污染等方面也具有明显优势；另一方面，由于两种或两种以上矿物混合材复合掺加，可以有效避免单一混合材所带来的早期强度低、保水性差、收缩大等不足，其综合性能明显优于单一混合材水泥(包括粉煤灰水泥、矿渣水泥和火山灰质水泥)。因此，复合水泥在全国各地均占有相当高的比例，是绝大多数中小规模水泥粉磨站的主打产品。
为使复合水泥在高掺量混合材条件下达到较高强度标号，必须使各种混合材的活性得到充分发挥。用于激发复合水泥中混合材活性的主要技术途径分为机械力活化和化学激发两大类。机械力活化主要通过掺加助磨剂的方法实现，由于复合水泥是由多种不同硬度的物料组成，大多数助磨剂只是针对某个组份的助磨效果较佳，因而对水泥整体性能的提升并不理想。糖蜜是制糖工业的副产品，为一种非透明棕色至深棕色液体，完全溶于热水和冷水。目前，世界各国对于废糖蜜的主要利用方式包括：生产酒精、预处理后用于生产食用酵母、用于牲畜饲料等方面。将糖蜜经过钙化处理成糖钙，或直接掺人混凝土中作为缓凝减水剂也有大量报道和工程应用，但其用于水泥助磨组分方面的报道很少。文中通过实验研究，探索掺少量废糖蜜对于粉煤灰一矿渣复合水泥的助磨效果和力学性能的改善效果。

　　原材料与实验方案
　　硅酸盐水泥熟料产自吉林辽源金刚水泥集团，粒状高炉矿渣为鞍山钢铁集团公司生产，粉煤灰为大庆油田自备电厂干排灰，天然石膏产自山东枣庄，各原材料的化学成分见表1所示。采用某水泥企业实际生产用一种三乙醇胺类助磨剂(TA)，其比重为1．12—1．20，pH值为9．80～l1．80，推荐掺量为水泥总质量的0．03％一0．04％。选取两个不同制糖企业排放的废糖蜜Ma和Mb，其纯度分别为63．1％和62．8％。根据大量前期研究结果，确定复合水泥的基本配方为：水泥熟料：粉煤灰：矿渣：石膏=53：26：15：6，在此水泥配方基础上，掺人不同掺量各助磨组份，具体掺加方案如表2所示。利用实验室小型球磨机，固定粉磨时间为30分钟，共制备了l2个不同水泥样品。采用激光粒度仪测试各水泥样品的颗粒级配，并按照GB175—2007(通用硅酸盐水泥》标准测试标准稠度用水量、凝结时间和力学强度等基本性能指标。

　　结果与分析
　　1:颗粒级配分析
　　各水泥样品的颗粒级配测试结果如图1和图2所示。对于未掺任何助磨剂的基准水泥样品，小于32um颗粒所占比例为71.15％，大于65 m颗粒所占比例为5．53％。掺人0．03％的TA助磨剂使水泥中非常细的颗粒(小于31a,m)含量增多，尺寸大于65um的粗颗粒所占比例有所降低，说明TA对复合水泥具有良好的助磨效果。与基准试样对比，小于32um的颗粒所占比例开始随着糖蜜掺量增加而增大，当糖蜜Ma掺量为0．02％或糖蜜Mb掺量为0．03％达到最高值(74．5％～75．O％，远大于基准水泥和TA水泥样品)；之后又随着糖蜜掺量增加而有所减少。另外，当糖蜜Ma掺量为0．02％或糖蜜Ma掺量为0．03％时，使水泥中粒径大于65 m的颗粒所占比例减少2％左右。因此，掺适量废糖蜜对粉煤灰一矿渣复合水泥具有显著助磨效果，且其助磨效果优于三乙醇胺类助磨剂。

　　2:标准稠度用水量与凝结时间
　　各水泥样品的标准稠度用水量和凝结时间测试结果如表3所示。掺 rA助磨剂后，水泥的标准稠度用水量由于原来的31．2％增加到32．6％，这是由于水泥中细颗粒含量增加，整个水泥的比表面积增大，在达到相同流动性时的需水量增加。掺不同量糖蜜也使水泥的标准稠度用水量有所增大，其增大幅度随掺量的变化规律与水泥颗粒级配的变化规律基本一致，即：细颗粒所占比例越大时，水泥的标准稠度用水量越高。掺0．03％的TA助磨剂使复合水泥的初、终凝时间分别提前9min和13min，这应该与水泥整体细度增加引起的水化速率加快有关。
而掺入不同量糖蜜后，各水泥样品的凝结时间均有不同程度的延长，且掺量越高时延长时间越长。对糖蜜Ma，掺量从0．01％增加到0．05％时，水泥的初、终凝时间延长量分别从16rain和19min增加到71min和96min；对糖蜜Mb，掺量从0．01％增加到O．05％时，水泥的初、终凝时间延长量分别从10min和29min增加到91min和115min。这主要是由于少量糖蜜掺入后对水泥的缓凝作用，虽然所有水泥的初、终凝时间均在国家标准规定的范围内，但糖蜜对水泥的缓凝作用在实际应用中仍需要特别注意。

　　3:水泥强度发展
　　各水泥样品的抗压和抗折强度测试结果如图3、图4所示。如图中虚线所示，掺0．03％TA助磨剂使水泥的3d、28d抗折强度分别增加了0.5MPa、0.3MPa，而水泥的3d和28d抗压强度分别提高了1．6MPa和1．3MPa。所有掺糖蜜水泥样品的抗压、抗折强度均明显高于基准水泥样品；不同掺量时的水泥强度相对比，当糖蜜Ma掺量为0．02％或糖蜜Mb掺量为0．03％时，水泥强度达到最高值：3天，28天抗折强度分别比基准水泥提高了0．7—0．8 MPa和0．5～0．7MPa，抗压强度分别提高了2．4—3．3 MPa和2.8—4.0MPa。当掺量超过0．03％后，水泥的强度随着糖蜜掺量增加而降低，特别是3d强度的降低幅度大于28d强度，这可能与较高掺量糖蜜对水泥的缓凝作用有关.因此，掺适量糖蜜(0．02—0．03％)对复合水泥的强度改善效果优于传统三乙醇胺类助磨剂。

　　结语
　　(1) 对水泥浆泵送条件有利的掺合料是硅灰和矿渣，其中硅灰的效果最好，当掺量达到0.12时，为直角曲线，非常适合泵送条件，而矿渣对泵送能力有一定的改善作用，但需要根据实际情况做些调整。其他的掺合料会加快水泥浆稠度增长速度，一定要使用时应注意加入缓凝剂使用。
　　(2) 硅灰对于水泥浆的泵送能力改善的作用在于，其在大量掺人硅灰之后，水泥掺量相对减少，减缓了水泥水化过程，使水泥浆的稠度增加速度减缓，此外硅灰的表面积最大，吸水速度快在新拌达到流动度要求时能够迅速吸水达到饱和或接近饱和，从而在接下来的时间内没有因为持续大量的吸水导致水泥浆变稠，使稠度上升。而矿渣不易吸水，也能在一定程度上改善浆体稠度增长速度，此外矿渣一般大量掺入，其替换水泥之后二次水化速度在时间上较水泥相比后发生，在一定程度上会降低稠度增长速度。
　　(3) 掺0．01％～0．05％糖蜜对粉煤灰一矿渣复合水泥具有良好的助磨效果，当掺量为0．02％～0.03％时，其助磨效果优于传统的三乙醇胺类助磨剂。
　　(4) 掺0.02％～0.03％糖蜜可明显提高粉煤灰一矿渣复合水泥的力学强度，当掺量较大时，会对水泥产生明显的缓凝作用而导致水泥强度有所降低。（本文搜集整理于网络，如有侵权之处，请联系我们删除。）

复合水泥；糖蜜；助磨剂；强度发展