Hiểu biết toàn diện về phụ gia trợ nghiền (P3)

Các dung môi không phân cực như các nhiên liệu và các loại dầu có sức căng bề mặt và năng lượng thấp. Chúng không chứa hoặc chỉ có nhóm chức phân cực yếu trong các phân tử và do đó, chỉ tương tác yếu với các hợp chất phân cực. Chúng không thể trộn lẫn với nước phân cực nhưng lại lan rộng nhanh chóng trên các bề mặt clanhke phân cực. Do sự tương tác kém với clanhke nên chúng hấp phụ quá yếu để tạo thành các lớp phân cách ổn định giữa các hạt. Các hạt clanhke tạo thành các kết tụ gắn kết với nhau bằng lực tương tác phân cực mạnh. Do đó chất lỏng không phân cực không thích hợp làm chất trợ nghiền mặc dù sức căng bề mặt của chúng thấp (Bảng 2 và 4).

Bảng 4: Điểm sôi, năng lượng bề mặt (sức căng bề mặt) và độ phân cực của các phụ gia trợ nghiền (glycerin, DEG, PG) để cho thấy sự chênh lệch so với các chất lỏng khác

Mặt khác, các phụ gia trợ nghiền thương mại chứa cả mạch hydrocacbon không phân cực cũng như các nhóm chức phân cực. Các nhóm chức phân cực tương tác dễ dàng với clanhke. Phần lớn các hợp chất hoạt tính là rượu, tức là chúng có các nhóm phân cực hydroxit hữu cơ (R-OH). Triethanolamin (TEA) là một rượu bậc ba và diethylen glycol (DEG) là một rượu bậc hai. Hiệu quả nghiền rất tốt cũng đạt được nhờ sử dụng một số rược bậc một, như isopropanol. Tuy nhiên, những chất này không được sử dụng trong sản xuất xi măng thương mại vì điểm sôi của chúng thấp (<100°C) (Bảng 2).
 

Với sự trợ giúp của mô phỏng máy tính có thể chứng minh rằng các phân tử luôn luôn hướng các nhóm chức phân cực của chúng về phía bề mặt clanhke. Hình 7 cho thấy hai phân tử triisopropanolamin trên bề mặt khoáng tricanxi silicat khô (C₃S, alite). Các nhóm rượu  phân cực (-OH) bù đắp một phần vào sự phân cực của clanhke và các nhóm không phân cực hydrocacbon (R = alkyl, ví dụ CH₃ hoặc alkylene, ví dụ. -CH₂-CH₂-) bảo vệ nó. Các tương  tác và do đó, các lực hút giữa hạt xi măng giảm xuống khi bề mặt phân cực giảm. Điều này giảm thiểu các xu hướng hình thành kết tụ và tối đa hóa năng suất nghiền.

Các thử nghiệm toàn diện trong phòng thí nghiệm không chỉ xác nhận sự phù hợp của glycol đã biết và phụ gia alkanolamin, mà còn cung cấp các thông tin về mối tương quan thống nhất giữa cấu trúc phân tử và tính năng. Mục tiêu ở đây chính là các hợp chất hữu cơ có tỷ lệ cân bằng tốt giữa các phần phân cực và không phân cực. Hợp chất vô cơ hỗ trợ hoạt  động nghiền chỉ đến một mức độ hạn chế, nhưng chúng có thể làm thay đổi các tính chất khác của xi măng như thời gian đông kết, cường độ ban đầu và cuối cùng theo cách thức mong muốn.