Effect of Triethanolamine and Triisopropanolamine on Hydration Process of Slag Cement

Abstract:Triethanolamine(TEA) and Triisopropanolamine(TIPA ) were used as grinding aids of slag cement. By determining the particle property, setting time，strength and chemical bound water of slag cement effect of different content of grinding aids on the hydration progress of slag cement was investigated. The phase compositions and microstructure of hydration products were studied by X-ray. Diffraction and Scanning Electron Microscope. The results showed that the two grinding aids could both considerably increase the hydration rate of slag cement, forming more hydration products and much denser microstructure. Compared to TEA，TIPA has more enhancements to hydration of slag cement.

Key words : TEA;TIPA;slag cement;hydration process

1 the introduction

Slag cement hydration heat low, high late strength, inhibit JianJiLiao reaction, the advantages of resistance to sulfate corrosion, in a large number of engineering should be to use. Production of slag cement, due to the differential easy to grind the clinker slag, common reach their best activity when grinding particle size, and a separate powder.

Grinding and can cause a lot of energy consumption, therefore in the process of grinding and grinding aid is used to reduce the grinding energy consumption and improve the performance of cement Triethanolamine (Triethanolamine, TEA) and three isopropanolamine (Triisopropanolamine, TIPA) as the main ingredients of common grinding agent, have very strong

Polarity, can reduce cement particle surface free energy, prevent particles together, increase the specific surface area of particles, can also accelerate the hydration rate of clinker minerals rate, so wide attention by scholars both at home and abroad. Previous studies have focused on the alcohol a mine organic matter and its composite modification of cement.

Grinding effect, about TEA and TIPA effect on slag cement hydration mechanism of research is still less. Therefore, this study selected TEA and TIPA grinding agent, slag cement is discussed under the effect of TEA and the TIPA hydration process, for the TEA and TIPA in the application of slag cement for certain basis.

2 raw materials and methods

2.1 raw materials

Clinker, gypsum and slag from jingmen gezhouba cement factory, its chemical components are shown in table 1. Experiment with TEA and TIPA for nanjing red polaroid production, TEA is more than 99% purity, TIPA purity is more than 95%.

2. 2 test method

Test set 0.01% one 0.05% five grinding agent dosage and blank group, as shown in table 2. The clinker powder, slag, gypsum by mass fraction ratio 65:30:5. Grinding aid with a small amount of diluted with deionized water point spreads evenly in the powder surface, and then into a 500 mm x 500 mm ball mill grinding of 42 min, each sample in the process of grinding ball gradation and grinding time.

The fineness of cement in accordance with GB/T 1345 'cement fineness detection method' determination; The specific surface area, in accordance with GB/T 8074 'cement specific surface area measurement method to determine; Standard consistency water and setting time according to the GB/T 13462001 determination; Mortar strength according to GB/T 17671 X999 the cement mortar strength testing method (ISO).Using water cement ratio 0. 3 forming 2 cm x 2 cm x 2 cm slag cement block, broken after curing to corresponding instars, take block in the central part

Termination of hydration water ethanol. With a Hitachi S - 2500 scanning electron microscope (SEM) observation of block section microscopic morphology; Will block mill to through 80 mesh sieve, after 50 ℃ vacuum drying, determine the chemical powder combined with water; With Japan#39;s neo-confucianism D/Max - III type A X-ray diffractometer (XRD) analysis of phase powder.

3 the results and analysis

3.1 grinding agent on the properties of slag cement is for grinding of slag cement fineness, constituting the determination of specific surface area, the results are shown in figure to the figure 1 shows that when the grinding mixed with slag cement grinding aid, fineness and specific surface area increased. And with the increase of dosage of grinding aid, fineness lower rate and specific surface area of growth is linear growth trend. When the TEA and TIPA dosage of 0. 05%, the fineness decreased respectively 22. 2% and 33.3%, the specific surface area by 4. 1% and 5. 0%. This shows that mixed with two kinds of grinding aid are have played an important role in refining the cement particles, and the same dosage of TIPA compared with TEA, grain refinement effect is more obvious.Select the blank group, A - 3-3 A and B three group of samples of cement particle size distribution test, the results as shown in table 3.

Compare the data in table 3, the dosage of 0.03% of the TEA, TIPA has remarkable effect on particle size distribution of slag cement performance for 3 a 32 particles content were increased by 1. 33% and 4. 15%, significantly lower than 47 particles content, less than 1, fine particle content increase.It shows that TEA, the addition of TIPA can make coarse particle dispersion for fine particles, and prevent the fine particles together, increase contributes to the strength of the granules contain quantity, the grinding effect, at the same time cause certain grinding. In addition, compared with TEA, TIPA have better grinding effect.

3. 2 grinding agent effect on slag cement setting time

Figure 2 for slag cement under the effect of different grinding agent setting time of change.

Figure 2 results show that with the TEA, the increase of the dosage of TIPA, increasing the water requirement of nor

全文共14726字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

三乙醇胺和三异丙醇胺对矿渣水泥水化过程的影响

摘要：三乙醇胺（TEA）和三异丙醇胺（TIPA）用作炉渣水泥的助磨剂。本文通过设定炉渣水泥的粒子性能、凝固时间、强度和化合水，调查了不同容量的助磨剂对炉渣水泥水化进程的影响。用X光衍射和扫描电子显微镜研究了水化产品的相组成和微观结构。结果表明，两种助磨剂才能相当地增加炉渣水泥的水化速率，形成更多的水化产物和更加密集的微观结构。相比三乙醇胺，三异丙醇胺更能增强炉渣水泥的水化进程。

关键词：三乙醇胺，三异丙醇胺，矿渣水泥，水化过程

1引言

众所周知，水泥磨粉生产过程存在大能量损耗，水泥生产总能量损耗60% - 60%，并且能量使用率极其低，97%的能量以热能的形式损耗。为了提高容积效率，通常使用有机磨粉中介作为助磨剂，利用它在水泥粒子表面的吸附分散特性，有节约能源和减少能耗的作用，并且能改善水泥性能。目前，主族分成三乙醇胺助磨剂，高吸附水泥磨粉，和容器提高水泥水化。

提高水泥强度性能使它成为一种具有良好综合性能的助磨剂。但是实践表明细粉磨阶段效率降低，我国多种水泥适应性贫乏，价格贵等。因此，近年来，一些学者修正三乙醇胺，取得了好的结果。然而，修正三乙醇胺的助磨的研究主要针对硅酸盐水泥，并且修正三乙醇胺对粉煤灰水泥和矿渣水泥混合材料不影响进一步研究的表现。在现代水泥工业中，水泥粉煤灰是水泥主要的存在形式，并且得到了广泛应用。粉煤灰水泥和硅酸盐水泥的结构和表现形式有很大的不同，因此，要研发改善的三乙醇胺助磨剂尤其对粉煤灰表现研究对水泥工业能源损耗意义重大。所以，本实验采用强酸冷却修正的三乙醇胺，研究了修正的三乙醇胺作为助磨剂对粉煤灰水泥性能的影响。

TEA-E像TEA一样属于非离子型表面活性剂，均具有胺基、氨基对岩石和金属离子的吸附作用，屏蔽荷电效应，吸附在粉体表面，碱易与TEA-E除碱外，碱还具有冷却活性官能团和烷基链等。多作用于水泥颗粒表面具有较强吸附作用，易吸附于粉煤灰水泥颗粒表面，裂缝和微裂纹。这种吸附在水泥颗粒表面上的TEA-E，一方面，和断裂和不饱和电荷的微观裂纹，有利于颗粒裂纹扩展，价键断裂和晶格畸变；另一方面，以消除颗粒之间的反应，以防止颗粒在一起，提高粉末分散和研磨的效率。

使用助磨剂可以提高粉磨效率，改善水泥性能，实现节能减排。目前，随着人们对水泥建筑材料要求的不断提高和水泥生产的增加，越来越多的水泥厂开始使用研磨剂，取得了理想的效果。国内水泥助磨剂最常用的大致分为2种：固体助磨剂和液体助磨剂。液体研磨剂的安全性、稳定性和方便性等优点，吸引了更多的。研磨剂主要成分：多元醇、多胺、木质素磺酸盐表面活性剂等材料。

针对磨煤粉在燃煤电厂粉煤灰燃烧后在锅炉烟道中的排放，集尘器收集材料。大量占用大量的土地，严重的环境污染，已成为国民经济可持续发展的一个障碍。因此，利用粉煤灰作为我国可持续发展战略的重要组成部分。飞灰的主要化学成分为二氧化硅和氧化铝，含有少量的氧化钙，是在自然界中的灰，是火山灰物质

一种玻璃体的含量较高的复合材料，这部分无定形材料内部储存了大量的化学势，可作为水泥混合材料的活性物质。本论文的目的是提供一种自制的水泥助磨剂，在粉煤灰水泥比不变的情况下，粉磨剂能显著提高粉煤灰水泥的性能，为实际生产提供参考价值。

矿渣水泥具有水化热低，后期强度高，抑制碱集料反应，抗硫酸盐腐蚀等优点，已在大量工程中得到应用。生产矿渣水泥时，由于矿渣的易磨性较熟料的差，共同粉磨时达不到各自的最佳活性粒度，而单独粉磨又会造成大量的能耗，因此在粉磨过程中采用助磨剂来降低粉磨能耗和改善水泥性能。三乙醇胺( Triethanolamine，TEA) 和三异丙醇胺( Triisopropanolamine，TIPA) 作为常用助磨剂的主要成分，具有很强的极性，能够降低水泥颗粒表面的自由能，防止颗粒团聚，增大颗粒的比表面积，还能加快熟料矿物的水化速率，因此受到国内外学者广泛关注。以往的研究主要集中于醇胺类有机物及其复合改性物对水泥的助磨效果，关于TEA 和TIPA 对矿渣水泥水化影响机理的研究目前还较少。为此，本实验选取TEA 和TIPA 作助磨剂，探讨了矿渣水泥在TEA 和TIPA 作用下的水化过程，为TEA 和TIPA 在矿渣水泥中的应用提供一定的依据。

2原材料和方法

2.1原材料

熟料、石膏和矿渣取自荆门葛洲坝水泥厂，其化学成分见表1。试验用TEA 和TIPA 为南京红宝丽生产，TEA 纯度大于99%，TIPA 纯度大于95%。

2.2测试方法

试验设定0． 01% ～ 0． 05%五组助磨剂掺量及空白组，如表2 所示。将熟料粉、矿渣、石膏按质量分数比65∶ 30∶ 5 混合均匀。助磨剂用少量去离子水稀释后，均匀点洒在粉料表面，然后倒入500 mm times; 500 mm 球磨机中粉磨42 min，各组样品磨制过程中保持钢球级配和粉磨时间不变。

水泥的细度按照GB /T 1345 《水泥细度检测方法》测定; 比表面积按照GB /T 8074《水泥比表面积测定方法》测定; 标准稠度用水量和凝结时间按照GB /T 1346-2001 测定; 胶砂强度按照GB /T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法( ISO 法) 》测定。

采用水灰比0． 3 成型2 cm times; 2 cm times; 2 cm 矿渣水泥试块，养护至相应龄期后破碎，取试块中央部位用无水乙醇终止水化。用日立S-2500 型扫描电镜( SEM) 观察试块断面的显微形貌; 将试块磨细至通过80 mu;m 方孔筛，经50 ℃真空干燥后，测定粉末的化学结合水量［10］; 用日本理学D/Max-ⅢA 型X 射线衍射仪( XRD) 分析粉末的物相组成。

3结果与分析

3.1助磨剂对矿渣水泥颗粒特性的影响

对磨制出的各组矿渣水泥进行细度、比表面积测定，结果见图1。

由图1 可知，粉磨时掺入助磨剂的矿渣水泥，细度减小，比表面积增大。且随着助磨剂掺量的增加，细度降低率和比表面积增长率呈线性增长趋势。当TEA 和TIPA 的掺量为0． 05%时，细度分别降低了22． 2%和33． 3%，比表面积分别提高了4． 1%和5． 0%。这说明掺入的两种助磨剂都起到了细化水泥颗粒的作用，并且相同掺量的TIPA 和TEA 相比，颗粒细化效果更为明显。

选取空白组、A-3 和B-3 三组水泥样品进行粒径分布测试，结果如表3 所示。

对比表3 中数据可知，掺量0． 03%的TEA、TIPA 对矿渣水泥的粒径分布有显著影响，表现为3 ～ 32 mu;m的颗粒含量分别增加了1． 33%、4． 15%，大于47 mu;m 的颗粒含量明显降低，小于1 mu;m 的细颗粒含量提高。这表明TEA、TIPA 的加入能够促使粗颗粒分散为细颗粒，并防止细颗粒团聚，增加对强度有贡献的颗粒含量，起到了助磨作用，同时造成一定的过粉磨。此外，同TEA 相比，TIPA 具有更强的助磨作用。

3.2助磨剂对矿渣水泥凝结时间的影响

图2 为矿渣水泥在不同助磨剂作用下的凝结时间的变化。

图2 结果表明，随着TEA、TIPA 掺量的增加，矿渣水泥标准稠度需水量不断提高，其中掺TIPA 的水泥需水量增幅高于掺TEA 的。这印证了水泥颗粒特性的测定结果，因为细颗粒含量提高，需水量也相应增加，而且掺TIPA 的水泥中细颗粒更多。TEA 和TIPA 对矿渣水泥凝结时间的影响较弱。对于掺TEA 的水泥，各组凝结时间均较空白组有所增加，其中初凝增幅为1 ～ 7 min，终凝增幅为5 ～ 19 min。对于掺TIPA 的水泥，各组凝结时间呈降低趋势，其中初凝降幅为1 ～ 8 min，终凝增幅为5 ～ 19 min。

3.3助磨剂对矿渣水泥强度的影响

不同掺量助磨剂对矿渣水泥胶砂强度的影响见表4。

由表4 可得，TEA 和TIPA 均能提高矿渣水泥的胶砂强度，随着助磨剂掺量的增加，矿渣水泥的抗折强度和抗压强度总体上呈现增长趋势。这可能是由于助磨剂促进了水泥熟料矿物的水化，生成更多的水化硅酸钙和钙矾石。TEA 对矿渣水泥的早期增强效果明显，如掺0． 05% TEA 的水泥3 d 抗压强度增长最多，为3． 55 MPa，而28 d 抗压仅增长了2． 4 MPa。TIPA 的后期增强效果更为明显，如掺0． 05%TIPA 的水泥28 d 抗压强度增幅最大，达到了5． 58 MPa，而3 d 抗压较空白样只提高了3． 24 MPa。此外，对比各组相同掺量助磨剂的水泥强度可知，TIPA 较TEA 的增强效果更好。

3.4助磨剂对矿渣水泥化学结合水的影响

在一定温度和湿度条件下，化学结合水含量随水化产物的增多而增大，通过测定化学结合水的含量可以反映样品整体的水化程度。助磨剂对矿渣水泥不同龄期化学结合水的影响见表5。

由表5 可知，在相同水化龄期和相同掺量的条件下，掺TIPA 水泥的化学结合水含量均为最高，掺TEA水泥次之，空白样最低。这表明在加入TIPA 或TEA 的矿渣水泥硬化浆体中，生成水化产物的数量增多，水化程度提高。从整体上看，同空白样相比，掺TIPA 水泥的化学结合水有较大的增长，例如B-3 水化3 d 时增长了4． 89%， 28 d 时增长了2． 65%; 而掺TEA 水泥的化学结合水增长较小，如A-3 水化3 d 时增长了4． 22%，28d 时仅增长了1． 88%。这说明掺TIPA 水泥产生的水化产物数量比掺TEA 水泥的多，即TIPA 的增强效果较TEA 明显。矿渣水泥化学结合水的测定结果与胶砂强度的数据具有一致性。

3. 5 矿渣水泥硬化XRD分析

选取KB、A-3 和B-3 的硬化浆体，水化龄期设定为3 d 和28 d，分别对其进行XRD 分析，得到的XRD 图谱见图3。

从图3 中可以看出，矿渣水泥的主要水化产物为氢氧化钙和钙矾石( AFt) ，TEA 和TIPA 未改变矿渣水泥的水化产物种类，但增加了水化产物数量。对各组样品而言，随着水化龄期的延长，C3S 和C2S 的特征峰强度( d = 0． 278 nm，2 theta; = 32． 19°) 均降低，AFt 的特征峰强度( d = 0． 973 nm，2 theta; = 9． 08°) 呈增加趋势，这说明随着水化的进行，C-S-H 凝胶和AFt 等水化产物不断增多。从XRD 图谱的相对强度来看，无论在哪个龄期，样品A-3 和B-3 的Ca( OH)

2特征峰强度( d = 0． 487 nm，2 theta; = 18． 19°) 都要比KB 样的低，这是由于液相中产生的Ca( OH)2与矿渣中的活性SiO2和Al2O3发生了火山灰反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，消耗了大量的Ca( OH)2，导致矿渣水泥的水化程度提高。

3.6矿渣水泥硬化浆体SEM分析

对KB、A-3 和B-3 的硬化浆体进行SEM 观察，结果如图4 所示。

从图4a 中可知，在水化3 d 时，KB 样的矿物颗粒已被侵蚀，颗粒表面生成了团簇状和细针状的C-S-H，相互之间还没有紧密连结，颗粒间的空隙率大，形成的空间网状结构比较疏松。仍有未发生水化的晶体，其表面轮廓清晰可见。而图4b 和图4c 与之相比，矿物的水化反应较为充分，晶体间的孔隙率小，水化产物之间相互紧密搭接，形成比较致密的板状结构。

从图4e 可以看出，水化产物较为纤细，不能充分填充空隙，C-S-H 之间以及C-S-H 与矿物颗粒之间的连接不够紧密。而图4f 和图4g 中的晶体分布均匀，表面光滑平整，内部孔隙明显减少，这些水化产物之间相互交叉结合，形成了更为致密的板状结构。

以上结果说明TEA 和TIPA 提高了矿渣水泥的水化程度，使得水泥硬化浆体的晶体结构较为致密。同

TEA 相比，TIPA 对矿渣水泥结构的改善效果更加明显。

4 结论

（1）TEA 和TIPA 均能减小矿渣水泥的细度，增大比表面积，提高细颗粒的含量，增加水泥需水量，但对凝结时间的影响较小;

( 2) TEA 和TIPA 对矿渣水泥强度的增强效果显著，矿渣水泥的强度随着助磨剂掺量的增加而得到增长，其中掺0． 05%TIPA 的水泥28 d 抗压强度增幅可达5． 58 MPa。TIPA 对矿渣水泥的增强效果明显优于TEA;

( 3) 在TEA 和TIPA 的作用下，矿渣水泥的水化速率加快，水化产物种类不变，但数量增多，结晶度更好。这些水化产物之间交叉连接，从而形成更为致密的结构。

（4）三乙醇胺、三异丙醇胺和实验室自制的粉煤灰水泥助磨剂。有一定的增强作用。增强效果不一样。三异丙醇胺早期增强效果明显。三乙醇胺后期增强效果更好。实验室自制的研磨剂可以结合两者的优点，早、晚都能取得很好的效果；

（5）三异丙醇胺在早期可以促进硅酸三钙和硅酸二钙的水化反应，水化硅酸钙凝胶的早期强度的影响；三乙醇胺可以促进石膏和水泥耐火材料的水化硫铝酸钙针状晶体铝酸钙反应的早期水化，也

全文共5768字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[154971]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word