助磨剂:A为醇类强极性分子,B为酸类小极性分子,C为醇胺类小极性分子。

将助磨剂按不同的掺量和浓度,分别在500×500mm标准试验小磨中进行实验。各组分水泥分别以相同的时间粉磨。其中普通硅酸盐水泥的组成为W(熟料)85%,W(矿渣)10%,W(石膏)5%;矿渣水泥的组成为W(熟料)55%,W(矿渣)40%,W(石膏)5%;粉煤灰水泥的组成为W(熟料)65%,W(粉煤灰)30%,W(石膏)5%。物料入磨前经颚式破碎机破碎,助磨剂以一定的浓度或

表2、表3、表4的结果表明,助磨剂A、B、C对普通硅酸盐、矿渣水泥、粉煤灰水泥都具有良好的助磨作用:在相同的粉磨时间内提高了水泥的细度,降低了水泥粉体的休止角,改善了水泥的流动性;同时使水泥的颗粒组成发生了较大的变化(如图1、2、3);水泥颗粒的粒度分布变窄,细颗粒含量增多,粗颗粒含量减少,对强度起主要增进作用的3～30μm的颗粒含量大大增加。而其中A、B不仅对硅酸盐类水泥具有良好助磨作用,同时对水泥3d、28d强度都具有明显促进作用。但C对水泥28天强度无促进作用,这可能与C的化学性质有关。微量助磨剂的掺入在相同的粉磨时间内使强度增长的原因主要为产品的粒度分布发生了较大变化(见图1、2、3),对水泥强度起决定作用的3～30μm的颗粒含量显著增加,同时助磨剂本身对水泥水化也有一定的促进作用,因此水泥的物理性能有了较大的改善。

对于助磨剂如何作用于粉磨过程,不少学者提出了不同的观点:主要有列宾杰尔(Rebinder)的强度削弱理论,马杜里(Mardulier)的颗粒分散理论,除此之外现代学者还提出了薄膜理论。对水泥熟料而言,当水泥粉磨至比表面积为300m2/kg时,50μm以下的颗粒约占50%,而水泥晶体的平均尺寸为65μm以下,贝利特为55μm以下,玻璃体为2μm以下。因此磨制比表面积300m2/kg以上的水泥已进入到了晶体粉磨阶段。当水泥颗粒接受外界机械能时,除颗粒尺寸微细化和比表面积增大外,还产生了颗粒表面层无定形化、晶格缺陷、晶格崎变、表面能增大等一系列变化,使颗粒处于一种亚稳的高能状态。从而使物料的活性提高。因此粉碎不仅是单纯的物体尺寸微细化的物理过程,而且也是由机械力诱发的化学过程。因此可以采取机械力———化学的方法,即在粉磨物料中添加适量的表面活性剂通过它对颗粒表面的物理化学作用,降低颗粒表面自由能,减少粉碎过程中颗粒表面上的无定形层的厚度及塑性变形的深度,从而改善粉磨效果。
根据近代材料脆断理论,在被粉碎物料中添加适量的助磨剂,吸附在裂纹上,使裂纹表面自由能降低,平衡裂纹表面的剩余价键及电荷,避免裂纹愈合,从而有利于裂纹的扩展,提高物料的易脆性。因此,助磨剂在物料粉碎过程中起着削弱固体强度的作用,使粉碎易于进行,有利于粉磨细度和粉碎效率的提高。另外,根据马杜里的颗粒分散理论,水泥熟料颗粒断裂时,会发生大量的Si-O共价键和Ca-O离子键的断裂,其单键键能Si-O为106千卡/克分子,Ca-O为32千卡/克分子,所以颗粒的断裂首先发生在Ca++-O=离子键上。由于离子键的断裂,产生了电子密度的差异,断面两侧出现一系列交错的Ca++和O=活性点。在没有外来离子或分子将这些活性点屏蔽时,它们彼此吸引,断裂面重新贴合或颗粒与颗粒又再聚结起来,结合为大颗粒。如向物料中添加强力的表面活性剂,即助磨剂,则助磨剂将吸附在物料颗粒表面上,使断裂面上的价键力得到饱和,颗粒之间的附聚力得到屏蔽,防止聚结的发生,起到分散物料的作用,使物料的粉碎易于进行。因此对于水泥熟料而言,助磨剂对其作用的主要机理是防止颗粒的并合聚结和削弱颗粒强度。同时,两种机理的发生还与助磨剂的吸附有关。本究所采用的A、B、C三种助磨剂都是小强极性分子,为强力的表面活性剂,能很快地吸附到粉碎物料表面,降低物料表面能,改变分散颗粒与研磨介质阻力,并且在被磨细的细颗粒表面形成单分子吸附薄膜,降低颗粒间的摩擦力,减少粉体的休止角,改善粉体的流动性,从而最终提高粉磨效率。
对矿渣和粉煤灰水泥,其中的物料成分发生了改变,物料的粉磨特性也发生了变化,比如对于水泥熟料和矿渣,前者略有塑性,后者没有塑性;前者表现出强烈的聚集倾向,而后者不发生明显的聚集。但A、B、C三种助磨剂不论对普通硅酸盐水泥、矿渣水泥还是粉煤灰水泥都有良好的助磨效果,原因为A、B、C为强力的小极性分子,能很快地吸附到被粉磨物料的表面。根据薄膜理论,吸附到粉碎物料表面的表面活性剂,将在被磨细的细颗粒表面形成单分子吸附薄膜,起着润滑剂的作用,减少细颗粒间的聚结以及细颗粒与衬板间的粘糊,降低颗粒间的摩擦力,从而减少水泥粉体的休止角,改善水泥粉体的流动性。因而物料在磨内的流动加快,减少了粘附和聚结现象。同时由于物料流动性的变化,产品的粒度分布也发生了变化,如图2、图3无论是对粉煤灰水泥还是矿渣水泥,加入助磨剂后0～3μm的颗粒都减少了,大于80μm的颗粒也减少,但中间颗粒量增加了,流动性的改善使得过细颗粒量减少,而助磨剂的作用又有利于减少过大颗粒,因而表现为水泥的筛余值下降,细度提高。因此对矿渣水泥和粉煤灰水泥,除了强度削弱理论及颗粒分散理论外,助磨剂对其作用的主要机理还有薄膜理论。