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不定形耐火材料用减水剂的种类及作用机理

发表时间:2022-01-10 访问量:19324

不定形耐火材料与烧成耐火材料相比,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,发展十分迅速。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。

一. 减水剂的种类

减水剂种类很多,分类方法也很多。按主要官能团分有:磺酸类、羧酸类、磺酸一羧酸类;按化学组成分有: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:电解质类和表面活性剂类。

大多数的减水剂属于阴离子表面活性剂。对于不同的材料体系,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。

二. 减水剂与不定形耐火材料的作用机理

目前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分组成。减水剂渗入到基质分散体系中,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。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。

不定形耐火材料中掺入减水剂后,减水剂分子定向吸附在基质颗粒表面,部分极性基团指向液相。由于亲水极性基团的电离作用,使得基质颗粒表面带上电性相同的电荷,并且电荷量随减。

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解体,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。

(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,并且极性较强,侧链上也带有亲水基团。主链吸附在基质颗粒的表面,一部分侧链锚固在基质颗粒表面,剩余的伸展在水溶液中。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。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,在颗粒表面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。

三. 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。目前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材料中应用最早、最普遍的无机盐减水剂。

四. 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。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材料领域。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。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。

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