一种水泥流化剂及其制备方法与流程

1.本技术涉及水泥外加剂技术领域，尤其是涉及一种水泥流化剂及其制备方法。


背景技术：

2.水泥流化剂是指为了提高水泥拌合物的流动性添加的外加剂，助磨是流化剂的效果之一。在水泥的生产过程中，用于粉磨的电力消耗很高。在水泥的粉磨生产中加入适量的流化剂，不仅能够减少能源的消耗，还能够改善水泥的物理性能。
3.目前，国内外广泛使用的流化剂是单一功能基团的流化剂，主要是以醇胺类物质为主要成分，比如三乙醇胺、三异丙醇胺及其配合物；还有的流化剂是复配的多功能基团流化剂，大多是小分子复合流化剂。虽然单一流化剂和多功能基团流化剂都能够对水泥起到助磨作用，但是，助磨效果不理想，从而导致水泥的强度较低。


技术实现要素：

4.为了提高水泥的强度，本技术提供一种水泥流化剂及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供一种水泥流化剂，采用如下技术方案：一种水泥流化剂，其包括以下重量份的原料：丙烯酸15-40份、改性三乙醇胺8-35份、聚乙二醇单烯丙基醚3-8份、木质素磺酸钙2-7份、丙三醇8-15份、引发剂2-6份、氢氧化钠5-9份、水30-80份，其中，改性三乙醇胺是采用草酸对三乙醇胺进行改性制得。
6.通过采用上述技术方案，利用本技术的水泥流化剂制备的水泥，通过原料之间的协同作用，不仅增加了助磨效果，而且增强了水泥的抗压强度和抗折强度，其中，3d抗压强度为25.1-29.8mpa，28d抗压强度为52.8-58.7mpa，3d抗折强度为2.8-6.2mpa，28d抗折强度为5.7-9.5mpa。
7.三乙醇胺为水泥的一种外加剂，不仅可以防止原料在粉碎过程中粉粒的聚集作用，提高水泥的流动性，还能够降低能耗，提高水泥的强度。利用草酸对三乙醇胺进行改性，在三乙醇胺内引入了草酸根，使基团极性增强，电子更易电离，正负离子的存在中和了原料在粉碎形成的颗粒断裂表面交错的带电中心，抑制了裂缝的愈合，从而能够提高水泥的粉磨效率；且碳链较短，吸附在水泥颗粒表面的分子亲水性增强，促进了水化作用，从而能够提高水泥的强度。通过丙烯酸和改性三乙醇胺之间的协同作用，在引发剂的作用下，能够进行聚合反应，形成聚羧酸型助磨剂，聚羧酸型助磨剂不仅具有较好的助磨效果，而且还能改善水泥的力学性能，能够提高水泥的强度。
8.聚乙二醇单烯丙基醚应用到水泥流化剂的原料中，通过聚醚链段、羧基和羟基等官能团之间的协同作用，更能够提高助磨效果，增大水泥的比表面积，有助于提高水泥的强度。木质素磺酸钙具有很强的分散性、粘结性，能够改善水泥和易性和流动性，还能够提高水泥的强度。丙三醇本身具有助磨的作用，通过与聚羧酸型助磨剂进行复配，更能够提高水泥的助磨效果，增大各原料之间的表面积，使各原料之间粘接的更加牢固，从而进一步提高水泥的强度。
9.作为优选：其包括以下重量份的原料：丙烯酸20-35份、改性三乙醇胺12.5-25份、聚乙二醇单烯丙基醚5-6份、木质素磺酸钙3-5份、丙三醇10-12份、引发剂3-5份、氢氧化钠6-8份、水40-70份。
10.通过采用上述技术方案，通过对上述原料的掺量进行优化，更能够提高流化剂的助磨效果，有助于提高水泥的强度。
11.作为优选：所述改性三乙醇胺和丙烯酸的重量配比为1：(1.4-1.6)。
12.改性三乙醇胺的添加量过少，不能对水泥起到较优的助磨作用，也不能更好的提高水泥的强度；改性三乙醇胺的添加量过多，会导致不能较好的与丙烯酸发生聚合反应，不仅会增加生产成本，还会对水泥的强度产生影响。通过采用上述技术方案，当改性三乙醇胺和丙烯酸的重量配比在上述范围内时，不仅能够增强助磨作用，还能够提高水泥的强度。
13.作为优选：所述聚乙二醇单烯丙基醚和丙烯酸的重量配比为1：(4-6)。
14.聚乙二醇单烯丙基醚的添加量过少，不能起到较优的助磨作用；聚乙二醇单烯丙基醚的添加量过多，容易造成引气现象，会影响水泥的强度。通过采用上述技术方案，当聚乙二醇单烯丙基醚和丙烯酸的重量配比在上述范围内时，不仅能够增强助磨效果，还能够增强水泥的强度。
15.作为优选：所述改性三乙醇胺采用以下方法进行制备：将三乙醇胺和草酸混合均匀，升温至50-70℃，静置，分液，取上清液，得到改性三乙醇胺。
16.进一步的，所述改性三乙醇胺采用以下方法进行制备：将三乙醇胺和草酸混合，搅拌30-40min，升温至50-70℃，静置1-2h，分液，取上清液，得到改性三乙醇胺，其中，三乙醇胺和草酸的重量配比为(4-6)：(2-4)。
17.通过采用上述技术方案，利用上述方法对改性三乙醇胺进行制备，能够增强改性三乙醇胺的助磨作用，有助于加强水泥的强度。
18.作为优选：所述水泥流化剂中还包括6-12重量份的硫酸铝。
19.通过采用上述技术方案，硫酸铝应用到水泥流化剂的原料中，能够与水泥中的水化生成物发生化学反应，生成氢氧化铝，氢氧化铝呈胶体状，不会溶解在水中；而且硫酸铝还会与水泥中的水化铝酸钙发生化学反应，生成具有膨胀作用的化学物质，这些生成的胶体和膨胀物质能够填满各原料之间的缝隙，从而增加水泥的密度，提高水泥的硬度。
20.作为优选：所述引发剂为过硫酸铵。
21.通过采用上述技术方案，过硫酸铵的水溶性好，能够促进改性三乙醇胺发生氧化-还原反应，能够进一步降低离解能，降低聚合反应的温度，从而便于水泥流化剂的制备。
22.第二方面，本技术提供一种水泥流化剂的制备方法，采用如下技术方案：一种水泥流化剂的制备方法，包括如下步骤：s1：将丙烯酸和水混合均匀，得到丙烯酸溶液；s2：将丙烯酸溶液、改性三乙醇胺、聚乙二醇单烯丙基醚、木质素磺酸钙混合均匀，升温至50-55℃，滴加引发剂，滴加完毕后，保温20-30min，然后降温至22
±
4℃，加入氢氧化钠，搅拌均匀，得到半成品；s3：将半成品和丙三醇混合均匀，得到水泥流化剂。
23.进一步的，一种水泥流化剂的制备方法，包括如下步骤：s1：将丙烯酸和水混合，搅拌10-15min，得到丙烯酸溶液；
s2：将丙烯酸溶液、改性三乙醇胺、聚乙二醇单烯丙基醚、木质素磺酸钙混合，搅拌30-50min，升温至50-55℃，以0.2-0.3kg/min的流速滴加引发剂，滴加完毕后，保温20-30min，然后降温至22
±
4℃，加入氢氧化钠，搅拌10-20min，得到半成品；s3：将半成品和丙三醇混合，搅拌20-30min，得到水泥流化剂。
24.作为优选：在添加木质素磺酸钙时一并加入6-12重量份的硫酸铝。
25.通过采用上述技术方案，利用上述方法对水泥流化剂进行制备，能够使各原料之间混合的更加均匀，便于各原料发挥作用，有助于增强助磨作用，有助于提高水泥的强度。
26.作为优选：其添加有所述的水泥流化剂，所述水泥流化剂的添加量为水泥总重的0.3-0.5％。
27.通过采用上述技术方案，先制备完成水泥流化剂，再加入水泥中，能够使水泥流化剂更好的发挥作用，不仅能够增强助磨作用，增加水泥的流动性，还能够提高水泥的强度。
28.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1、由于本技术中采用改性三乙醇胺和丙烯酸进行聚合反应，生成聚羧酸型助磨剂，不仅增强了助磨效果，增加了水泥的流动性，还提高了水泥的强度，可使3d抗压强度达到29.8mpa，28d抗压强度达到58.7mpa，3d抗折强度达到6.2mpa，28d抗折强度达到9.5mpa。
29.2、本技术中优选采用硫酸铝，能够与水泥水化的生成物反应形成胶状物体或膨胀物质，能够填充在各原料之间的缝隙内，从而增加水泥的密实度，提高水泥的强度。
具体实施方式
30.以下结合具体内容对本技术作进一步详细说明。
31.原料聚乙二醇单烯丙基醚分子量为102，密度为1g/cm3，型号为27274-31-3，且选自康迪斯化工(湖北)有限公司。
32.制备例制备例1一种改性三乙醇胺，其采用以下方法制备：将三乙醇胺和草酸混合，搅拌35min，升温至60℃，静置1.5h，分液，取上清液，得到改性三乙醇胺，其中，三乙醇胺和草酸的重量配比为5：3。实施例
33.实施例1一种水泥流化剂，其原料配比见表1所示。
34.其中，改性三乙醇胺采用制备例1制备得到。
35.一种水泥流化剂的制备方法，包括如下步骤：s1：将丙烯酸和水混合，搅拌12min，得到丙烯酸溶液；s2：将丙烯酸溶液、改性三乙醇胺、聚乙二醇单烯丙基醚、木质素磺酸钙混合，搅拌40min，升温至53℃，以0.25kg/min的流速滴加引发剂，滴加完毕后，保温25min，然后降温至26℃，加入氢氧化钠，搅拌15min，得到半成品；s3：将半成品和丙三醇混合，搅拌25min，得到水泥流化剂。
36.实施例2-5
一种水泥流化剂，其和实施例1的区别之处在于，流化剂的原料配比不同，其原料配比见表1所示。
37.表1实施例1-5水泥流化剂中各原料掺量(单位：kg)5水泥流化剂中各原料掺量(单位：kg)实施例6-9一种水泥流化剂，其和实施例3的区别之处在于，流化剂的原料配比不同，其原料配比见表2所示。
38.表2实施例6-9水泥流化剂中各原料掺量(单位：kg)原料实施例6实施例7实施例8实施例9丙烯酸30303030改性三乙醇胺20202020聚乙二醇单烯丙基醚567.58木质素磺酸钙2222丙三醇8888引发剂2222氢氧化钠5555水30303030实施例10-13一种水泥流化剂，其和实施例7的区别之处在于，流化剂的原料配比不同，其原料配比见表3所示。
39.表3实施例10-13水泥流化剂中各原料掺量(单位：kg)原料实施例10实施例11实施例12实施例13丙烯酸30303030改性三乙醇胺20202020聚乙二醇单烯丙基醚6666木质素磺酸钙3567丙三醇10121415引发剂3456氢氧化钠6789水40607080实施例14-17
一种水泥流化剂，其和实施例11的区别之处在于，流化剂的原料中还添加了硫酸铝，且制备方法为在添加木质素磺酸钙时一并加入硫酸铝，其原料配比见表4所示。
40.表4实施例14-17水泥流化剂中各原料掺量(单位：kg)17水泥流化剂中各原料掺量(单位：kg)对比例对比例1一种水泥流化剂，其与实施例1的区别之处在于，流化剂的原料中用三乙醇胺等量替换改性三乙醇胺。
41.对比例2一种水泥流化剂，其与实施例1的区别之处在于，流化剂原料中的改性三乙醇胺采用以下方法进行制备：将三乙醇胺、马来酸酐、醋酸钠混合，搅拌30min，升温至110℃，保温2h，然后降温至25℃，减压蒸馏，得到改性三乙醇胺，其中，三乙醇胺、马来酸酸酐、醋酸钠的重量配比为18:9:0.1。
42.对比例3一种水泥流化剂，其与实施例1的区别之处在于，流化剂的原料中未添加聚乙二醇单烯丙基醚。
43.对比例4一种水泥流化剂，其与实施例1的区别之处在于，流化剂的原料中未添加丙三醇。
44.应用例应用例1一种水泥，其原料组成为：石灰石460kg、铁矿石20kg、粘土20kg、2kg实施例1制备的流化剂、170kg水。
45.一种水泥，通过如下步骤制备得到：将石灰石、铁矿石、粘土、流化剂、水混合，搅拌均匀，得到水泥。
46.应用例2-17应用例2-17的水泥与应用例1的原料掺量相同，区别之处在于，流化剂分别选自实施例2-17。
47.应用对比例1-4应用对比例1-4的水泥与应用例1的原料掺量相同，区别之处在于，流化剂分别选自对比例1-4。
48.性能检测试验对应用例1-17和应用对比例1-4的水泥进行下述性能检测：抗折强度、抗压强度：依据gb/t17671-2020《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》对水泥的抗折强度和抗压强度进行测定，检测结果如表5所示。
49.表5检测结果结合应用例1-17和应用对比例1-4可以看出，利用本技术的水泥流化剂制备的水泥，通过原料之间的协同作用，不仅增加了助磨效果，而且增强了水泥的抗压强度和抗折强度，其中，3d抗压强度为25.1-29.8mpa，28d抗压强度为52.8-58.7mpa，3d抗折强度为2.8-6.2mpa，28d抗折强度为5.7-9.5mpa。
50.结合应用例1和应用对比例1-2可以看出，应用例1中的3d抗压强度为25.1mpa，28d抗压强度为52.8mpa，3d抗折强度为2.8mpa，28d抗折强度为5.7mpa，优于应用对比例1-2，表明利用草酸对三乙醇胺进行改性更为合适，能够使水泥表现出更优的抗压强度和抗折强度。
51.结合应用例1和应用对比例3-4可以看出，应用例1中的3d抗压强度为25.1mpa，28d抗压强度为52.8mpa，3d抗折强度为2.8mpa，28d抗折强度为5.7mpa，优于应用对比例3-4，表明流化剂中加入聚乙二醇单烯丙基醚和丙三醇更为合适，能够使水泥表现出更优的抗压强度和抗折强度。
52.结合应用例1-5可以看出，应用例3中的3d抗压强度为27.3mpa，28d抗压强度为
55.6mpa，3d抗折强度为3.7mpa，28d抗折强度为6.6mpa，优于其他应用例，表明应用例3中的改性三乙醇胺的掺量更为合适，能够在增强水泥助磨效果的同时，还增强了水泥的抗压强度和抗折强度。
53.结合应用例6-9可以看出，应用例7中的3d抗压强度为28.1mpa，28d抗压强度为56.5mpa，3d抗折强度为4.4mpa，28d抗折强度为7.4mpa，优于其他应用例，表明应用例7中的聚乙二醇单烯丙基醚的掺量更为合适，不仅能够增强水泥的助磨效果，还能够增强水泥的抗压强度和抗折强度。
54.结合应用例11、14-17可以看出，应用例17中的3d抗压强度为29.8mpa，28d抗压强度为58.7mpa，3d抗折强度为6.2mpa，28d抗折强度为9.5mpa，优于其他应用例，表明水泥流化剂中加入硫酸铝更为合适，且应用例17中硫酸铝的掺量更为合适，能够增加水泥的助磨效果，还能够增强水泥的抗压强度和抗折强度。
55.上述具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。