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不定形耐火质料用减水剂的种类及作用机理

本文摘要:不定形耐火质料与烧成耐火质料相比,具有节约能源,整体性好,可灵活调整组成,生产效率高,综合使用效果好等优点,因此,生长十分迅速。在施工和使用历程中,要求不定形耐火质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,借鉴混凝土行业的履历,减水剂作为一种重要的外加剂,在不定形耐火质料领域获得应用。减水剂是一类在保持浇注料的流动值基本稳定.的条件下能显著降低搅拌用水量的物质,也称降水剂、疏散剂或塑化剂。

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不定形耐火质料与烧成耐火质料相比,具有节约能源,整体性好,可灵活调整组成,生产效率高,综合使用效果好等优点,因此,生长十分迅速。在施工和使用历程中,要求不定形耐火质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,借鉴混凝土行业的履历,减水剂作为一种重要的外加剂,在不定形耐火质料领域获得应用。减水剂是一类在保持浇注料的流动值基本稳定.的条件下能显著降低搅拌用水量的物质,也称降水剂、疏散剂或塑化剂。

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很是重要的。它不仅仅是简朴地降低耐火浇注料在施工历程中的加水量,而且在淘汰加水量的基础上,还显着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临其举行简要综述,并对其在耐火浇注料中的生长前景举行了展望。1减水剂的种类减水剂种类许多,分类方法也许多。按主要官能团分有:磺酸类、羧酸类、磺酸一羧酸类;按化学组身分有:无机盐类、萘系、蒽系、密胺树脂系、木质素磺酸盐系、脂肪族、氨基磺酸盐系、聚羧酸盐类;按作用原理分有:电解质类和外貌活性剂类,如图1所示。

图1减水剂的分类大多数的减水剂属于阴离子外貌活性剂。对于差别的质料体系,减水剂的使用效果并不相同,对一种体系适应良好的减水剂,可能对另一种体系完全不适应。

木质素磺酸盐是在耐火质料中应用最早的一种减水剂,厥后又相继开发了适合含硅微粉体系的三聚磷酸钠和适合含氧化铝微粉体系的六偏磷酸钠。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,都被用作耐火质料的减水剂,迩来另有文献报道了聚羧酸系减水剂用在浇注料中对质料性能的影响。2减水剂与不定形耐火质料的作用机理现在应用广泛的高效减水剂分子一般由疏水长链和带负电的亲水基两部门组成。减水剂渗入到基质疏散体系中,发生润湿吸附作用,疏水链的一端吸附锚固于基质颗粒的外貌,另一端则伸入溶液中,发生空间位阻作用;而带负电的亲水基在基质颗粒外貌形成双电层,发生静电排挤作用,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质料中,并不与基质颗粒发生物理或化学反映,而是靠改变颗粒的外貌性质,起到疏散的作用(见图2)。其中主要就是靠颗粒间的静电斥力和空间位阻力。(1)静电斥力。

不定形耐火质料中掺入减水剂后,减水剂分子定向吸附在基质颗粒外貌,部门极性基团指向液相。由于亲水极性基团的电离作用,使得基质颗粒外貌带上电性相同的电荷,而且电荷量随减图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发生静电斥力,使基质颗粒絮凝聚构解体,颗粒相互疏散,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)的非离子型外貌活性减水剂,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)对水泥颗粒的疏散减水机理如图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。在氨基磺酸盐和聚羧酸盐减水剂中存在空间位阻作用。

这类减水剂具有梳形分子结构,短主链,长侧链。主链上有较多的活性基团,而且极性较强,侧链上也带有亲水基团。主链吸附在基质颗粒的外貌,一部门侧链锚固在基质颗粒外貌,剩余的伸展在水溶液中。

在颗粒外貌形成一定厚度的吸附层,当颗粒靠近时,吸附层开始重叠,即在颗粒之间发生斥力作用,重叠越多,斥力越大,这种力即是空间位阻作用力。另外,分子主链上较强的水化基团很容易与极性分子以氢键的形式缔合,在颗粒外貌形成一层稳定的具有机械强度的溶剂化水膜,水膜的形成使颗粒润湿并易于滑动,阻止了颗粒的相互聚结。

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减水剂的空间位阻作用见图4。图4减水剂的空间位阻作用3减水剂在不定形耐火质料中的应用现状减水剂应用到耐火质料中来,主要就是为了淘汰用水量,提高流动性能,改善施工性能。现在的研究主要是集中在对基质和浇注料流变性的研究上。

三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠等是在耐火质料中应用最早、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显着的改善;张战营研究疏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,在前者的混淆浆体中三聚磷酸钠和聚乙烯二醇的疏散效果较好,在后者的混淆浆体中六偏磷酸钠的疏散效果较好。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划分提高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。

P Marco等报道了差别聚合物电解质减水剂对高岭土浓悬浮液泥浆稳定性的影响。效果讲明,带有强酸性电解质发生活性基团的聚合物电解质比一般的聚合物电解质具有更好的疏散稳定性。

K Wutz等早在2001年报道开发出的专门用作耐火质料的减水剂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对差别体系浇注料的流变性能的影响都有显着的优势,而且对强度和线变化等物理性能也有显着的改善。H Hommer等相继报道了差别侧链长度的接枝共聚聚羧酸减水剂PCE,PCE对不定形耐火质料的影响主要有两方面:一是对流变性能和硬化历程的影响;二是对强度的影响。PCE主链的电荷密度、侧链长度、侧链密度是影响这些性能的主要因素。

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AR Students等提出仅仅靠丈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差别,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。浇注料的流变性很大水平上决议于基质的流变性,用旋转黏度计丈量基质的剪切速率与剪切应力的流变曲线,可在一定水平上比力差别配方之间的相对流变性能。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。

要想从施工角度去研究浇注料的流变性,则必须从全组分人手,用流变仪丈量浇注料的扭矩与转速之间的关系曲线。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历程的体现,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质料中的生长趋势现在不定形耐火质料生长的主要推动力就是超微粉技术和减水剂,要使超微粉获得匀称的疏散,则必须依赖疏散性能良好的减水剂,因此,减水剂对不定形耐火质料的生长有着至关重要的作用。

从普通减水剂到高性能减水剂,从无机盐到高分子减水剂,都已经被广泛应用到了不定形耐火质料领域。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。可是,耐火质料领域对减水剂复配技术的研究很是少,与混凝土行业相比,减水剂的复配技术另有待进一步生长。只管现在对于减水剂对不定形耐火质料影响方面的研究已经很是多了,可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历程的影响;对于其他联合系统硬化历程的影响鲜有报道。

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。只有增强减水剂与耐火质料作用的理论方面研究,才气从理论的高度指导减水剂的应用。


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