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聚丙烯酸钠、聚羧酸系、密胺树脂系、萘系、氨基磺酸盐系和脂肪族等,都

简介: 聚丙烯酸钠、聚羧酸系、密胺树脂系、萘系、氨基磺酸盐系和脂肪族等,都被用作耐火材料的减水剂,近来还有文献报道了聚羧酸系减水剂用在浇注料中对材料性能的影响。

在施工和使用过程中,要求不定形耐火材料特别是耐火浇注料和泵送料具有很好的流动性和尽可能少的用水量,借鉴混凝土行业的经验,减水剂作为一种重要的外加剂,在不定形耐火材料领域得到应用。

减水剂是一类在保持浇注料的流动值基本不变.的条件下能显著降低搅拌用水量的物质,也称降水剂、分散剂或塑化剂。

减水剂在耐火浇注料中,尤其是在低水泥和超低水泥耐火浇注料中的作用是非常重要的。

它不仅仅是简单地降低耐火浇注料在施工过程中的加水量,而且在减少加水量的基础上,还明显地优化了浇注料的施工性能。

本文将从应用于耐火浇注料的减水剂的种类、作用机理、研究及应用现状等方面对其进行简要综述,并对其在耐火浇注料中的发展前景进行了展望。

1减水剂的种类减水剂种类很多,分类方法也很多。

木质素磺酸盐是在耐火材料中应用最早的一种减水剂,后来又相继开发了适合含硅微粉的三聚磷酸钠和适合含氧化铝微粉的六偏磷酸钠。

聚丙烯酸钠、聚羧酸系、密胺树脂系、萘系、氨基磺酸盐系和脂肪族等,都被用作耐火材料的减水剂,近来还有文献报道了聚羧酸系减水剂用在浇注料中对材料性能的影响。

减水剂渗入到基质分散中,产生润湿吸附作用,疏水链的一端吸附锚固于基质颗粒的表面,另一端则伸入溶液中,产生空间位阻作用;而带负电的亲水基在基质颗粒表面形成双电层,产生静电排斥作用,常见的带负电的亲水基团有一COO-和一SO3-。

减水剂分子加到不定形耐火材料中,并不与基质颗粒发生物理或化学反应,而是靠改变颗粒的表面性质,起到分散的作用(见图2)。

由于亲水极性基团的电离作用,使得基质颗粒表面带上电性相同的电荷,并且电荷量随减图2减水剂的作用效果示意图水剂浓度增大而增大直至饱和,从而使基质颗粒之间产生静电斥力,使基质颗粒絮凝结构,颗粒相互分散,释放出包裹于絮团中的自由水,从而有效地增大搅拌物的流动性。

带磺酸根(HSO3-)的离子型聚合物电解质减水剂,静电斥力作用较强;带羧酸根离子(COO-)的聚合物电解质减水剂,静电斥力作用次之;带羟基(一OH)和醚基(一O一)的非离子型表面活性减水剂,静电斥力作用最小。

以静电斥力作用为主的减水剂(如萘磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物等)对水泥颗粒的分散减水机理如图3所示。

图3吸附减水剂分子后基质颗粒间的静电斥力作用(2)空间位阻。

在颗粒表面形成一定厚度的吸附层,当颗粒靠近时,吸附层开始重叠,即在颗粒之间产生斥力作用,重叠越多,斥力越大,这种力即是空间位阻作用力。

图4减水剂的空间位阻作用3减水剂在不定形耐火材料中的应用现状减水剂应用到耐火材料中来,主要就是为了减少用水量,提高流动性能,改善施工性能。

三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠等是在耐火材料中应用最早、最普遍的无机盐减水剂。

李志刚研究减水剂对刚玉质浇注料基质流变性的影响后认为,很少量的六偏磷酸钠和柠檬酸钠能使基质泥浆的黏度降低。

叶方保等曾报道三聚磷酸钠和柠檬酸钠对矾土基浇注料基质的流变性有明显的改善;张战营研究分散剂对氧化铝微粉一水浓悬浮液的流变行为的影响,认为六偏磷酸钠、磺化三聚氰胺、密胺树脂减水剂都有利于改善悬浮液的流动性,但电解质类减水剂减小悬浮液的触变曲线的触变环,降低塑性。

李宁等研究了三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和聚乙烯二醇对刚玉细粉一铝酸钙水泥一硅微粉和刚玉细粉一α-Al2O3微粉一铝硅凝胶粉两类刚玉质浇注料基质浆体流变特性的影响,在前者的混合浆体中三聚磷酸钠和聚乙烯二醇的分散效果较好,在后者的混合浆体中六偏磷酸钠的分散效果较好。

程水明将密胺树脂减水剂应用到高铝水泥浇注料中,减水率高达为48.2%,浇注料的显气孔率降低4%,体积密度提高5.8%,烘干抗折强度和耐压强度分别提高3倍多,中温强度和高温强度都大幅度提高,且浇注料的高温性能没有受到任何影响;而且将SiO2微粉与减水剂复合使用,显著地降低了浇注料的用水量,改善了流动性,且浇注料的中温强度不损失,一直保持着较高的耐压强度。

K Wutz等早在2001年报道开发出的专门用作耐火材料的减水剂Castament FS20系列聚羧酸盐减水剂,并把FS20与聚丙烯酸钠对比,发现FS20对不同浇注料的流变性能的影响都有明显的优势,并且对强度和线变化等物理性能也有明显的改善。

H Hommer等相继报道了不同侧链长度的接枝共聚聚羧酸减水剂PCE,PCE对不定形耐火材料的影响主要有两方面:一是对流变性能和硬化过程的影响;二是对强度的影响。

AR Students等提出仅仅靠测量减水剂对基质浓悬浮液Zeta电位的影响来选取减水剂是不够的,新一代的聚羧酸盐类的减水剂的作用机理与以前的静电斥力为主的聚电解质和无机电解质类减水剂有很大的不同,除了静电斥力作用之外,空间位阻作用力也是很重要的因素。

研究流变性往往从基质入手,省时、省力,然而也有学者提出仅仅靠基质的流变性不能全面考察浇注料的流变性能。

近年来也有人把混凝土行业对触变性的研究应用在浇注料中,它是浇注料在外力的作用下从无结构到有结构、从有结构到无结构相互转换过程的表现,其结构的破坏和形成是时间的函数。

4减水剂在不定形耐火材料中的发展趋势目前不定形耐火材料发展的主要推动力就是超微粉技术和减水剂,要使超微粉得到均匀的分散,则必须依赖分散性能良好的减水剂,因此,减水剂对不定形耐火材料的发展有着至关重要的作用。

有时单一的减水剂并不能满足浇注料性能的要求,复合减水剂对浇注料性能的改善效果要优于单一减水剂。

但是,耐火材料领域对减水剂复配技术的研究非常少,与混凝土行业相比,减水剂的复配技术还有待进一步发展。

尽管目前对于减水剂对不定形耐火材料影响方面的研究已经非常多了,但是对其作用机理的研究仅仅报道了减水剂对铝酸盐水泥水化过程的影响;对于其他结合系统硬化过程的影响鲜有报道。

新一代的梳形结构的聚羧酸盐减水剂对浇注料性能的影响已经被大量研究,但对于其作用机理方面的研究还很少。

只有加强减水剂与耐火材料作用的理论方面研究,才能从理论的高度指导减水剂的应用。


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