一种高强度水泥助磨剂及其制备方法与流程

本发明涉及水泥助磨剂，尤其涉及一种高强度水泥助磨剂及其制备方法。

背景技术：

1、水泥助磨剂是水泥粉磨生产过程中不可或缺的核心功能性外加剂，核心作用为削弱水泥颗粒界面结合力、消除静电团聚、优化颗粒级配，从而降低粉磨能耗、提升磨机台时产量，同时调控水泥水化性能，提升水泥成品强度。目前国内工业化主流应用的助磨剂主要分为醇胺类、普通聚羧酸类两大类型。

2、现有水泥粉磨生产中，球磨机、立磨内部工况温度波动范围极大，稳定运行温度区间为50-120℃，同时受季节气候影响显著：夏季高温高湿环境下，磨内温度可长期维持在100-120℃，冬季低温干燥环境下磨内温度仅50-70℃，不同规格磨机、不同熟料配比工况温度差异显著。传统醇胺类助磨剂在高温工况下易发生分子链断裂、活性官能团分解失效，吸附于水泥颗粒表面的分子层易受机械剪切力剥离；低温工况下分子水溶性、分散活性大幅下降，无法有效解聚颗粒团聚，导致传统助磨剂在不同工况下助磨效率、强度提升效果波动极大，性能波动率普遍超过15%，无法实现全工况稳定生产。

3、另一方面，传统单醇胺类助磨剂仅具备基础助磨与微弱早期增强效果，无稳强、抗裂功能，高掺量使用时极易造成水泥28d后期强度倒缩、硬化体干燥收缩增大、混凝土结构易开裂等质量缺陷；普通聚羧酸类助磨剂仅侧重颗粒分散助磨效果，对水泥水化反应速率、水化产物微观结构的调控能力极弱，早强提升幅度有限，无法满足p.o 42.5、p.o 52.5高强度水泥的生产指标要求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种高强度水泥助磨剂及其制备方法。

2、为解决上述提出的现有水泥粉磨生产中，球磨机、立磨内部工况温度波动范围极大，稳定运行温度区间为50-120℃，同时受季节气候影响显著：夏季高温高湿环境下，磨内温度可长期维持在100-120℃，冬季低温干燥环境下磨内温度仅50-70℃，不同规格磨机、不同熟料配比工况温度差异显著。传统醇胺类助磨剂在高温工况下易发生分子链断裂、活性官能团分解失效，吸附于水泥颗粒表面的分子层易受机械剪切力剥离；低温工况下分子水溶性、分散活性大幅下降，无法有效解聚颗粒团聚，导致传统助磨剂在不同工况下助磨效率、强度提升效果波动极大，性能波动率普遍超过15%，无法实现全工况稳定生产的技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种高强度水泥助磨剂，按质量份数，由以下原料组成：温敏型eo/po嵌段聚醚30-50份、醇胺助磨单体15-25份、不饱和羧酸单体8-15份、磺酸功能单体5-10份、交联改性剂2-5份、去离子水20-35份；

4、所述温敏型eo/po嵌段聚醚中eo环氧乙烷与po环氧丙烷摩尔比为(3-6):1，具备温度响应特性，用于在50-120℃区间动态调节分子亲水亲油平衡值，维持分子结构稳定性。

5、优选的，所述醇胺助磨单体为三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的一种或两种任意比例复配；

6、所述不饱和羧酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；

7、所述磺酸功能单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸钠中的一种。

8、优选的，所述交联改性剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种，用于构建三维立体交联分子结构，提升各官能团在水泥颗粒表面的锚固稳定性与耐温性。

9、一种高强度水泥助磨剂的制备方法，用于制备上述的助磨剂，包括以下步骤：

10、s1、将丙二醇起始剂、氢氧化钾催化剂投入高压聚合反应釜，氮气置换2-4次，隔绝空气，升温至110-120℃，真空度-0.08~-0.095mpa条件下真空脱水20-40min；随后控制釜内压力0.2-0.3mpa、温度恒定110-120℃，先匀速通入eo单体恒温反应2h，再分段匀速通入po单体保温反应3h；反应结束后降温至75-85℃，真空脱除残留未反应单体，过滤除去催化剂，得到纯化温敏型eo/po嵌段聚醚；

11、s2、将醇胺助磨单体、不饱和羧酸单体、磺酸功能单体与总用量50%的去离子水混合，常温搅拌10-15min至完全溶解，配置成均匀透明的混合单体溶液；

12、s3、：将s1制备的温敏型嵌段聚醚投入常压反应釜，搅拌转速控制在200-300r/min，升温至75-85℃；将引发剂过硫酸铵溶于剩余50%去离子水，与s2混合单体溶液同步匀速滴加，滴加时长控制在2-3h，滴加完成后恒温保温共聚反应4-5h；

13、s4、共聚反应结束后，一次性加入交联改性剂，恒温80℃继续交联反应1h；随后自然降温至40℃以下，采用质量浓度20%的氢氧化钠水溶液缓慢滴加调节体系ph至7.0-8.0，搅拌均匀后补足剩余去离子水，持续搅拌20min，过滤出料，即得成品环境自适应多功能高强度水泥助磨剂。

14、优选的，步骤s1中eo与po单体摩尔比严格控制为(3-6):1，聚合反应全程压力稳定在0.2-0.3mpa，温度波动≤±2℃。

15、优选的，步骤s3中所述过硫酸铵的添加量为所有聚合单体总质量的0.8%-1.2%，所述同步滴加过程无间断、滴加速率均匀，误差≤5s/100ml。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明合成的eo/po嵌段聚醚主链具备可逆温敏响应特性，分子亲水亲油平衡值可随环境温度动态自适应调节。低温50-80℃工况下，eo亲水嵌段占据分子主导作用，保证助磨剂分子在水泥浆体中优异的水溶性、分散性与界面吸附活性，解决低温工况活性不足、分散差的问题；高温80-120℃工况下，po疏水嵌段分子活性显著提升，分子链蜷缩重构，大幅提升分子热稳定性与抗剪切性能，有效抑制高温下分子热降解、官能团失活、吸附层剥离失效问题。通过eo/po比例精准调控，使分子在50-120℃全温度区间内结构稳定、作用效果均衡，性能波动率稳定控制在5%以内。

18、本发明通过自由基共聚反应，在单一分子主链上原位接枝三类差异化功能官能团，分工明确、协同增效，无功能拮抗现象：助磨基团（羟基、氨基）：可快速吸附于水泥熟料、混合材颗粒表面，中和颗粒表面静电电荷，打破颗粒团聚状态，削弱颗粒界面范德华力，显著提升粉磨效率、细化颗粒粒径；增强基团（羧酸、磺酸）：具备强钙镁离子螯合能力，可精准调控水泥水化反应速率，促进水化硅酸钙（csh）、水化铝酸钙（cah）凝胶大量生成，细化水化产物晶粒，降低硬化体孔隙率，实现早期快速增强、后期强度稳定增长，彻底杜绝强度倒缩问题；抗裂基团（长链聚醚侧链）：可填充水泥硬化体微观毛细孔隙，缓冲水化过程中的体积收缩应力，均匀内部应力分布，大幅降低水泥干燥收缩率，抑制微裂纹产生与扩展，提升水泥耐久性。

1.一种高强度水泥助磨剂，其特征在于，按质量份数，由以下原料组成：温敏型eo/po嵌段聚醚30-50份、醇胺助磨单体15-25份、不饱和羧酸单体8-15份、磺酸功能单体5-10份、交联改性剂2-5份、去离子水20-35份；

2.根据权利要求1所述的高强度水泥助磨剂，其特征在于，所述醇胺助磨单体为三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的一种或两种任意比例复配；

3.根据权利要求1所述的高强度水泥助磨剂，其特征在于，所述交联改性剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种，用于构建三维立体交联分子结构，提升各官能团在水泥颗粒表面的锚固稳定性与耐温性。

4.一种高强度水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-3任意一项所述的助磨剂，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的高强度水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中eo与po单体摩尔比严格控制为(3-6):1，聚合反应全程压力稳定在0.2-0.3mpa，温度波动≤±2℃。

6.根据权利要求4所述的高强度水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述过硫酸铵的添加量为所有聚合单体总质量的0.8%-1.2%，所述同步滴加过程无间断、滴加速率均匀，误差≤5s/100ml。