配制高性能澆注料的關鍵之一是選擇與鋁酸鹽水泥適應性好的外加劑, 減水劑是外加劑的主要組成部分, 在保持流動性不變的情況下, 摻合減水劑后使澆注料用水量減少, 從而提高其性能。
鋁酸鹽水泥耐火澆注料加水拌和時, 水泥顆粒間形成一種絮凝構造,拌和水的一部分形成水膜,另一部分則是被水膜包圍的游離水,起不到改善漿體流動性的作用。當摻加減水劑后,減水劑的疏水基團定向吸附于水泥質點表面, 親水基團指向水溶液, 組成單分子或多分子吸附膜。由于減水劑分子的定向吸附,使水泥質點表面帶有相同符號的電荷,在電性斥力的作用下,水泥顆粒間的絮凝構造分散解體,釋放出游離水,起到減水作用,同時,減水劑能濕潤和潤滑水泥顆粒,增加混凝土的流動性。
在耐火澆注料的實際施工應用中, 單一外加劑往往不能滿足生產要求。試驗表明, 在鋁酸鹽水泥耐火澆注料中加入木鈣、烷基磺酸等,有較好的減水效果,但是緩凝較重,影響早期強度;檸檬酸、三聚磷酸鈉等泌水較大,能提高澆注料的密實性,但是減水效果不大;其它高效減水劑主要是減水作用,用量不足起不到作用,用量過大則又會導致過度緩凝或離析等現象。采用復合外加劑(如高效減水劑與普通減水劑、或緩凝減水劑等復合使用)用于澆注料, 達到既具有高減水率又不離析的效果。
1，單摻減水劑的效果考察
為了組成復合外加劑, 首先選擇了三聚磷酸鈉(徐州)、木鈣(廣州)和 FDN高效減水劑(焦作)作為考察對象, 進行了單因素適應性考察。
耐火澆注料配比為:85高鋁熟料:8-5mm, 22.0%;5-3mm, 13.0%;3-1mm, 17.0%;1-0mm,18.0%;SiO2超微粉, 6.0%;90高鋁粉,12.0%;A-Al2O3超微粉, 5.0% ; CA-50水泥,7.0%。
固定骨料、微粉、水泥量不變, 水灰比(W /C )保持不變, 按不同比例摻合單一外加劑, 分別考察不同比例
情況下單一添加劑適應性效果。考察指標包括: 澆注料的流動度、減水率及烘干( 110 e @ 24 h)抗折強度。
三聚磷酸鈉加入量為分別 0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%; 木鈣加入量為分別 0、1%、2%、3%、 4%、5%、6%、7%、8%; FDN 高效減水劑加入量分別為 0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、 11%、12%。
減水率的檢測標準按ASTM試錐進行,減水率按照式(1)計算:減水率= (W0-W1)/W0x100%
式中: W0 表示基準澆注料(不加減水劑的澆注料)的單位用水量(kg/kg),W1表示摻加減水劑的澆注料的單位用水量(kg/kg)。
烘干強度的檢測方法按標準YB/T5201-93進行。試驗結果如圖1所示。
2，復合減水劑的配制
為發揮摻合后各組分之間相互調節的作用, 實現“超疊加效應”( Super synerg istic effect), 在原有試驗的基礎上, 用上述三種外加劑混合后進行復合外加劑試驗, 并進行適應性考察。
澆注料配比與單因素一樣, 外加劑選用上述三種減水劑。采用正交試驗確定各類減水劑的摻量, 根據單因素適應性試驗結果, 選用L9(34)正交表, 3因素, 3水平,如表1所示。
通過正交試驗離差分析可知, 因素A是最主要的影響因素，所以選擇A3，因素C為次要因素，所以選擇C3;因素B是影響最小的因素, 可以選擇比較方便的量, 可以選擇B1。所以選A3B1C3組合, 即三聚磷酸鈉、木鈣、FDN 高效減水劑質量比為: 三聚磷酸鈉 23.5%、木鈣11.8%、FDN64.7% 。
3，復合減水劑最佳摻入量的確定
任何減水劑都有一個最佳摻入量, 復合減水劑也不例外。為尋求最佳摻入量, 仍選用上述澆注料配方。復合減水劑的加入量按澆注料總量的 0, 2.5%, 5.0%, 7.5%,10.0%,12.5%,15.0%外摻。分別檢測澆注料的流動度(檢測標準按ASTM試錐進行)、抗折強度(100℃x3h 、1100℃x3 h、1450℃x3h, 檢測方法按標準 YB /T 5201-93進行)、體積密度( 1450℃x3h, 檢測方法按標準 YB/T5200-93 進行)、顯氣孔率( 1450℃x3h, 檢測方法按標準 YB/T 5200-93進行)、線變化( 1450℃x3h, 檢測方法按標準YB/T5203-93進行)指標, 試驗結果見表2。
從表2中可以看出, 隨著復合減水劑的摻量增加, 相同加水量的澆注料的流動度逐漸增加, 當復合減水劑加入量到澆注料總量的15%時, 澆注料出現泌水現象; 1450℃x3h燒后的體積密度先增加然后逐漸下降, 而顯氣孔率則先降低然后增加, 抗折強度都是先增加后降低, 這是因為加入減水劑時先使澆注料的需水量降低, 從而成型后殘余水分降低, 提高其密實性, 使其性能得到提高; 當減水劑加入量超過一定范圍時, 澆注料出現泌水現象, 降低了密實性, 而使其各項性能降低。從表2中可以看到 3,4,5三組樣品的各項物理性能是比較理想的。選這三組的 1450℃x3h燒制的試樣做掃描電鏡分析和 1試樣1450℃x3h燒制的試樣掃描電鏡作對比,其結果見圖 2。由SEM 照片可以看到: 1試樣1450℃x3燒制后晶體很少, 樣品中出現大的孔洞, 結合不緊密; 3試樣1450℃x3h燒結后出現較多柱狀晶體、六方長柱狀、扁平狀晶體, 晶體之間交錯在一起, 結合緊密, 試樣燒后膨脹, 主要是在晶體中生成莫來石, 而使體積膨脹; 4試樣1450℃x3h 燒結后可見到大量晶體膠結在一起, 晶體邊界不是很清晰, 但還是能見到柱狀晶體, 結合緊密; 5試樣1450℃x3h燒結出現大量長柱狀、針狀、六方柱狀晶體, 同時有大量晶體膠結在一起, 結合緊密。出現這種情況的主要原因在于減水劑摻量增加、流動性好, 干燥后的氣孔小, 粉體間結合緊密, 所以高溫時反應比較充分。
綜合考慮各指標情況可以認為, 該復合減水劑摻入量在澆注料總量的 5%-10%范圍內時, 減水效果明顯, 且澆注料的性能也比較理想。
4,結論
(1)配制鋁酸鈣水泥澆注料時, 復合減水劑效果比單一減水劑好, 可以使減水劑產品各組分之間的作用相互調節,發揮各自的優勢, 達到減水增強的效果;
(2)減水劑的摻入量有一個最佳用量,當減水劑用量多時,不但不起減水作用,反而降低澆注料的性能;
(3)減水劑有一定的適應性,不同的結合劑應該選用不同的減水劑, 摻入量多少應該由試驗確定, 本試驗得出鋁酸鈣水泥澆注料的復合減水劑摻入量在澆注料總量的5%-10%范圍內時, 減水效果明顯, 且澆注料的性能也比較理想。
