一种高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂及制备方法

技术领域

本发明涉及水泥领域，尤其涉及一种高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂及制备方法。

背景技术

随着我国社会的发展和经济的进步，我国的建筑和建材工业也进入了迅猛的发展时期。水泥的大量使用对于天然矿产资源中石灰石、粘土、煤炭等资源消耗巨大，同时，这些矿产资料的消耗往往也伴随着的环境问题，例如，废气排放和国土资源消耗等问题。因此，面对日益重要的环境问题，国家和社会对于水泥产品的用量和质量面临着更大的挑战。如何能够在减少水泥产品整体用量的同时，增加水泥产品的质量，使得水泥产品具有更优异的使用寿命和使用强度，成为当今社会环境下的热点与急切的问题。

而近些年来，水泥助磨剂产业的蓬勃发展则逐渐缓解了这一问题。水泥助磨剂是一种能够有效改善水泥粉磨效果和相关性能的化学添加剂。现有的一些水泥助磨剂的原料多使用醇胺类、多元醇、糖蜜、氯化钠和甲酸钠等物质制备，制备出的水泥助磨剂对于32.5和42.5的水泥的前期和后期强度有明显的提升效果，但是对于P·I、P·II型52.5水泥增强效果并不明显，因此P·I、P·II型52.5水泥的水泥助磨剂的研究还处于较为初级的阶段。

因此，研发一种能够在P·I、P·II型52.5水泥中发挥优异助磨效果同时，还能够明显增强P·I、P·II型水泥的前期和后期抗压强度的水泥助磨剂是一项十分有意义的工作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂，原料至少包含以下重量份：醇胺类化合物10～50份，有机二胺5～25份，三乙醇胺衍生物5～25份，助剂1～20份，糖蜜1～8份，多元醇1～10份，氯化钠1～3份，分散剂1～5份，去离子水40～100份。

作为一种优选的方案，所述醇胺类化合物为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述有机二胺为四羟乙基乙二胺、四羟异丙基乙二胺中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述三乙醇胺衍生物为三乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺盐酸盐中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述助剂为石墨烯、碳纤维、碳纳米管、聚四氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述助剂为碳纤维和聚四氟乙烯。

作为一种优选的方案，所述碳纤维和聚四氟乙烯的质量比为9～11：3～4。

作为一种优选的方案，所述聚四氟乙烯的平均细度为30～60nm。

作为一种优选的方案，所述多元醇为丙二醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种。

本发明第二方面提供了一种上述高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂的制备方法，步骤包含以下几步：(1)将所需原料与水充分混合搅拌，保持温度为40～65℃，保温搅拌2～5小时；(2)搅拌完成后，使用冷却水降温至室温，继续搅拌0.5～1小时，完成既得所述专用助磨剂。有益效果：

1、本发明申请制备的一种P·I、P·II型水泥专用助磨剂，具有良好的助磨效果。现有的水泥助磨剂产品对于P·I、P·II型水泥增强效果较差，无法有效的提高P·I、P·II型水泥的3天和28天的抗压强度值，而本发明申请中制备的一种水泥专用助磨剂，能够有效的克服这一缺陷，能够在P·I、P·II型水泥的运用当中，有效的提高水泥的3天和28天的抗压强度值，从而填补了现有技术中的这一空缺。

2、本发明申请中，通过纳米级细粉与碳纤维的组合作用，形成了具有极高强度强度的线支撑结构，在水泥助磨剂被添加到水泥中并且搅拌之后，线支撑结构的构成，有效的被添加到固化水泥当中增强其前期和后期抗压强度，且能够充分发挥碳纤维和纳米级细粉的相关优势和协同作用，有效提高P·I、P·II型水泥的耐磨性和耐热性能。

3、本发明申请中，采用复合配比的多种醇胺类化合物和有机二胺化合物，有效的降低水泥助磨剂的表面能量，在减少水泥颗粒团聚现象和提高粉磨效果的同时还能够进一步的消除水泥助磨剂中纳米级细粉的团聚现象，从而能够有效促进辅助线支撑结构的形成，提高P·I、P·II型水泥3天和28天的抗压强度。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显指单数形式。

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂，原料至少包含以下重量份：醇胺类化合物10～50份，有机二胺5～25份，三乙醇胺衍生物5～25份，助剂1～20份，糖蜜1～8份，多元醇1～10份，氯化钠1～3份，分散剂1～5份，去离子水40～100份。

在一些优选的实施方式中，所述醇胺类化合物为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述醇胺类化合物为二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺。

在一些优选的实施方式中，所述二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺的质量比为1～2：15～18：3～4：8～10。

在一些优选的实施方式中，所述二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺的质量比为1.5：16：3.5：9。

在一些优选的实施方式中，所述有机二胺为四羟乙基乙二胺、四羟异丙基乙二胺中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述有机二胺为四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺。

在一些优选的实施方式中，所述有机二胺为四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺的质量比为6～7：3～4。

在一些优选的实施方式中，所述有机二胺为四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺的质量比为7：3.5。

在一些优选的实施方式中，所述醇胺类化合物和有机二胺的质量比为10～15：4～6。

在一些优选的实施方式中，所述醇胺类化合物和有机二胺的质量比为12：5.5。

本发明申请中采用多种醇胺类化合物与四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺进行有效的复配加入，有效提高了水泥助磨剂助磨效果和水泥抗压强度。本申请人推测为：当四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺的质量比为7：3.5，且醇胺类化合物与有机二胺的质量比为12：5.5时，适量的四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺对于醇胺类化合物的替换，能够明显降低物料的表面能，减少因为分子间引力作用而产生的水泥混合体系中的产生的细颗粒聚集现象；且同时能够有效的避免了体系粘结，加速了外界做功对于水泥颗粒中裂缝的扩展运动，提高粉磨效率的同时，促进助磨剂功能性原料在水泥体系中的分散效果。

在一些优选的实施方式中，所述三乙醇胺衍生物为三乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺盐酸盐中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述三乙醇胺衍生物为三乙醇胺硼酸酯。

在一些优选的实施方式中，所述助剂为石墨烯、碳纤维、碳纳米管、聚四氟乙烯、二氧化硅、二氧化钛中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述助剂为碳纤维和聚四氟乙烯。

在一些优选的实施方式中，所述碳纤维和聚四氟乙烯的质量比为9～11：3～4。

在一些优选的实施方式中，所述碳纤维和聚四氟乙烯的质量比为10：3.5。

在一些优选的实施方式中，所述聚四氟乙烯的平均细度为30～60nm。

在一些优选的实施方式中，所述聚四氟乙烯的平均细度为40nm。

本发明申请中，通过采用碳纤维和聚四氟乙烯作为功能助剂加入到水泥助磨剂体系中后，能够有效的提高助磨剂对于P·I、P·II水泥的抗压能力。本申请人推测为：本发明申请中采用平均细度为40nm的聚四氟乙烯时，能够在不使用表面活性剂的前提下依靠其优异的低摩擦性，在加入的碳纤维孔隙当中产生支撑性的固定作用，与碳纤维协同作用形成优异的各点支撑的线支撑结构体系，从而明显加强P·I、P·II水泥的抗压能力，且提高了混凝土的弹性模量，改善了混凝土的性能。当聚四氟乙烯的细度较高时，其穿插碳纤维孔隙的难度增大，数量减少；当聚四氟乙烯的细度较低时，会产生极强的分子间相互引力吸附现象，从而降低线支撑结构体系的稳定性。

在一些优选的实施方式中，所述多元醇为丙二醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述多元醇为丙三醇。

在一些优选的实施方式中，所述糖蜜与助剂的质量比为4～6：3～5。

在一些优选的实施方式中，所述糖蜜与助剂的质量比为5：3.5。

在一些优选的实施方式中，所述糖蜜的粘度为4000～6000厘泊，25℃。

本发明申请中，本发明申请中通过加入特定粘度下的糖蜜并且与助剂的合理配比，进一步的提高了水泥助磨剂的3天和28天抗压性能。本申请人推测为：当糖蜜的粘度为4000～6000厘泊，25℃且与助剂的质量比为5：13.5时，水泥助磨剂体系具有适宜的粘稠度，能够在水泥助磨剂未在水泥使用之前抑制聚四氟乙烯大量的与碳纤维的结合，避免因为过早的出现线支撑结构而导致的碳纤维在水泥体系中较差的分散效果；水泥助磨剂在此粘度时，在与水泥和水同时作用时，糖蜜还能减缓水泥的凝结速度，从而为线支撑结构的形成提供有效的时间。

本发明申请中，通过纳米级聚四氟乙烯与碳纤维材料的协同作用产生的增强线性支撑结构，有效提高了P·I、P·II水泥的抗压能力。且通过加入适宜粘度和含量的糖蜜作为水泥助磨剂的粘稠性调节剂，确保线性支撑结构不过早的形成；而醇胺类化合物与四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺进行有效的复配加入，除了能够改善水泥颗粒之间的粉磨作用，还能够减少低细度下的聚四氟乙烯团聚现象，从而进一步的提高水泥抗压能力。

本发明第二方面提供了一种上述高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂的制备方法，步骤包含以下几步：(1)将所需原料与水充分混合搅拌，保持温度为40～65℃，保温搅拌2～5小时；(2)搅拌完成后，使用冷却水降温至室温，继续搅拌0.5～1小时，完成既得所述专用助磨剂。

实施例

以下通过实施例对本发明技术方案进行详细的说明，但是本发明的保护范围不局限于所述的所有实施例。如无特殊说明，本发明的原料均为市售。

实施例1第一方面提供了一种高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂原料至少包含以下重量份：醇胺类化合物12份，有机二胺5.5份，三乙醇胺硼酸酯7份，助剂3.5份，糖蜜5份，丙三醇5份，氯化钠2份，分散剂2份，去离子水58份。

本实施例中，醇胺类化合物为二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，质量比为1.5：16：3.5：9。

本实施例中，有机二胺为四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺，质量比为7：3.5。

本实施例中，助剂为碳纤维和聚四氟乙烯，质量比为10：3.5；聚四氟乙烯的平均细度为40nm。

本实施例中，糖蜜的平均粘度为5000厘泊，25℃。

本实施例中，分散剂为维波斯新材料有限公司出售的Winsperse系列的纳米碳材料分散剂产品。

本实施例中，二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺为南京仁恒化工有限公司出售的二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺产品。

本实施例中，四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺为南京仁恒化工有限公司出售的四羟乙基乙二胺和四羟异丙基乙二胺的产品。

本实施例中，碳纤维为连云港瑞创新材料科技有限公司出售的聚丙烯腈基碳纤维产品。

本实施例中，聚四氟乙烯为新北洋工程塑料(昆山)有限公司出售的纳米级，平均细度40nm的超细聚四氟乙烯粉料产品。

本实施例中，糖蜜为济南辉腾化工有限公司出售的平均粘度5000厘泊，25℃的糖蜜产品。

本实施例第二方面提供了一种上述高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂的制备方法，步骤包含以下几步：(1)将所需原料与水充分混合搅拌，保持温度为55℃，保温搅拌3小时；(2)搅拌完成后，使用冷却水降温至室温，继续搅拌1小时，完成既得所述专用助磨剂。

本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：醇胺类化合物为14份，有机二胺为6份。

本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：碳纤维和聚四氟乙烯的质量比为9：4，聚四氟乙烯的平均细度为60nm。

本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：糖蜜为6重量份，平均粘度为6000厘泊，25℃。

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：醇胺类化合物为21份，有机二胺为3份。

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：醇胺类化合物为20份，有机二胺为20份。

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：碳纤维和聚四氟乙烯的质量比为5：5，聚四氟乙烯的平均细度为50nm。

本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：聚四氟乙烯的平均细度为100nm。

性能评价

本发明的使用方法，高分子水泥助磨剂的掺加量为P·I 52.5级水泥配料的千分之一，每个实施例和对比测试5个试样，数值取平均值记入表1。

按照水泥取样方法GB/T 12573对水泥进行取样，按照水泥性能检测的试验方法测定水泥的物理性能。按照GB/T 8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》测试水泥比表面积；按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定水泥胶砂强度。

表1

通过实施例1～4、对比例1～4和表1可以得知，本发明提供的一种高强度P·I、P·II水泥专用助磨剂及制备方法，具有良好的P·I、P·II水泥的力学强度提升效果，并且有效提高了水泥的粉磨效果，适宜在水泥领域推广，具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的原料配比，制备工艺等因素下获得了最佳性能指数。

最后指出，以上所述实施例仅为本发明较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。