几种改性三乙醇胺化合物的合成及其对水泥性能影响的应用研究

论文摘要

在水泥工业中,大量的能量消耗在原料及其熟料的粉磨上,而使用助磨剂则是提高粉磨效率最为简单便捷的方法,添加助磨剂投资少见效快,并能有效的改善水泥实物质量。目前,国内外比较通用的有机助磨剂是烷醇胺类和多羟基醇类,例如三乙醇胺、二乙醇胺、多缩乙二醇、三异丙醇胺等。三乙醇胺是极性很强的醇胺,水溶液呈碱性,能够螯合水泥中的金属离子与矿物质相互作用,通常与多元醇复配使用,对水泥有一定的助磨效果,能很快的提高水泥早期强度,但是水泥后期强度却有所下降,成本也较高。本文研究的目的是通过用无机酸、有机酸对三乙醇胺进行处理,在助磨工艺不变的前提下,减少助磨剂用量,不但能提高助磨效率和水泥早后期强度,有效的改善水泥性能,而且达到节能降耗的目的。本文合成了五种改性三乙醇胺化合物,即三乙醇胺硫酸酯（GA1）、三乙醇胺乙酸酯（GA2）、三乙醇胺马来酸酯（GA3）、马来酸三乙醇胺盐（GA4）和油酸二乙醇胺盐（GA5）。以三乙醇胺为参比项,在不同添加量下,各化合物与水泥熟料和石膏在闭路磨机内粉磨一定的时间,通过分析粉体的比表面积（SSA）、粒径分布、中值粒径（D50）、均匀性系数（n）和强度,探讨了改性三乙醇胺会对水泥助磨效果产生的影响,并利用XRD、SEM、氮气吸附等微观检测于段研究不同助磨剂对水泥浆体水化的影响,从而探讨了助磨增强机理。结果表明：（1）作为参比项的三乙醇胺对于该水泥的最佳掺量为0.02%,最优粉磨时间25min。在此基础上,改性三乙醇胺与之相比,用量少,大约为0.006%-～0.01%,而且无论是从水泥的细度,还是中值粒径或是均匀性系数来考虑都具有很好的助磨效果,尤其是三乙醇胺乙酸酯和三乙醇胺马来酸盐作用效果更为明显,主要在于它们优化了颗粒粒径分布,使3～32μm细颗粒含量增加,在宏观上就反映为水泥强度的增加。（2）在改性三乙醇胺作用下,随着水化历程的进行,通过C-S-H的FTIR分析可知,C-S-H结构有发展成长链甚至网状结构的趋势；利用XRD得出,水化产物的种类基本不变,熟料矿物明显减少参与反应,水化产物增多。（3）通过用SEM观察不同水化阶段的水泥浆体形貌,及分析其孔结构,进一步得出,在改性三乙醇胺影响下,水化反应进行的更完全,水化产物多,填充在水泥浆体内部使其结构密实牢固。（4）对于其助磨增强机理,考虑从物理机械粉磨及化学激发两方面作用,探讨了作用机理。本课题合成的改性三乙醇胺,综合性能良好,预期可作为助磨剂应用于水泥工业中。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 水泥助磨剂的社会背景
• 1.2 助磨剂的定义及分类
• 1.3 助磨剂发展简史
• 1.4 助磨剂的作用机理
• 1.4.1 国外对助磨剂作用机理的探讨
• 1.4.2 国内对助磨剂作用机理的探讨
• 1.4.2.1 薄膜假说
• 1.4.2.2 流动性学说
• 1.4.2.3 防止颗粒的并合聚结和削弱颗粒强度的机理
• 1.4.2.4 反粘附效应
• 1.5 助磨剂性能的评价
• 1.5.1 水泥粒度的表征
• 1.5.1.1 筛析法
• 1.5.1.2 勃氏比表面积法
• 1.5.1.3 平均粒径
• 1.5.1.4 颗粒分布
• 1.5.2 水泥胶砂抗压强度
• 1.5.3 标准稠度需水量
• 1.5.4 水泥胶砂流动度
• 1.5.5 SEM
• 1.5.6 XRD
• 1.5.6.1 水化产物的判别
• 1.5.6.2 水化产物的研究
• 1.5.7 孔结构
• 1.6 国内外水泥助磨剂发展现状
• 1.7 本课题的研究意义和主要研究内容
• 第二章 改性三乙醇胺化合物的合成
• 2.1 实验试剂及规格
• 2.2 主要实验仪器及型号
• 2.3 三乙醇胺乙酸酯的制备
• 2.3.1 合成方法
• 2.3.2 正交实验设计优化实验结果
• 2.3.3 GC分析
• 2.3.4 FTIR分析
• 2.4 三乙醇胺马来酸酯的制备
• 2.4.1 合成方法
• 2.4.2 醋化物酸值的测定
• 2.4.3 酯化率的测定
• 2.4.4 酯化时间对反应进程的影响
• 2.5 三乙醇胺硫酸酯的制备
• 2.5.1 合成方法
• 2.6 马来酸三乙醇胺盐及油酸三乙醇胺盐的制备
• 2.6.1 合成方法
• 2.7 本章小结
• 第三章 改性三乙醇胺化合物作为水泥助磨剂的性能测试方法
• 3.1 引言
• 3.2 改性三乙醇胺作用下的水泥性能测试
• 3.2.1 原料及测试设备
• 3.2.2 改性三乙醇胺对C-S-H的影响
• 3.2.2.1 实验原料
• 3.2.2.2 样品制备
• 3.2.3 水泥颗粒比表面积的测定
• 3.2.4 水泥颗粒粒径分布的测定
• 3.2.5 水泥水化不同期龄后抗压抗折强度的测定
• 3.2.6 水化产物形貌
• 3.2.7 水化产物的物相判别
• 3.2.8 孔结构分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 改性三乙醇胺化合物对水泥性能影响的评价结果
• 4.1 引言
• 4.2 最佳掺量及粉磨时间的确定
• 4.3 水泥颗粒粒径的变化
• 4.4 对水泥强度的影响
• 4.5 不同助磨剂作用下水化硅酸钙的结构变化
• 4.6 XRD分析水化历程
• 4.6.1 早期水化
• 4.6.2 后期水化
• 4.7 扫描电镜结果
• 4.7.1 硬化水泥浆体早期结构
• 4.7.2 硬化水泥浆体28天结构
• 4.8 孔结构分析
• 4.8.1 用BET公式测定比表面积
• 4.8.2 BJH孔结构
• 4.9 助磨增强机理探讨
• 4.10 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的文章与专利
• 学位论文评阅及答辩情况表