配制高性能浇注料的关键之一是选择与铝酸盐水泥适应性好的外加剂, 减水剂是外加剂的主要组成部分, 在保持流动性不变的情况下, 掺合减水剂后使浇注料用水量减少, 从而提高其性能。
铝酸盐水泥耐火浇注料加水拌和时, 水泥颗粒间形成一种絮凝构造,拌和水的一部分形成水膜,另一部分则是被水膜包围的游离水,起不到改善浆体流动性的作用。当掺加减水剂后,减水剂的疏水基团定向吸附于水泥质点表面, 亲水基团指向水溶液, 组成单分子或多分子吸附膜。由于减水剂分子的定向吸附,使水泥质点表面带有相同符号的电荷,在电性斥力的作用下,水泥颗粒间的絮凝构造分散解体,释放出游离水,起到减水作用,同时,减水剂能湿润和润滑水泥颗粒,增加混凝土的流动性。
在耐火浇注料的实际施工应用中, 单一外加剂往往不能满足生产要求。试验表明, 在铝酸盐水泥耐火浇注料中加入木钙、烷基磺酸等,有较好的减水效果,但是缓凝较重,影响早期强度;柠檬酸、三聚磷酸钠等泌水较大,能提高浇注料的密实性,但是减水效果不大;其它高效减水剂主要是减水作用,用量不足起不到作用,用量过大则又会导致过度缓凝或离析等现象。采用复合外加剂(如高效减水剂与普通减水剂、或缓凝减水剂等复合使用)用于浇注料, 达到既具有高减水率又不离析的效果。
1，单掺减水剂的效果考察
为了组成复合外加剂, 首先选择了三聚磷酸钠(徐州)、木钙(广州)和 FDN高效减水剂(焦作)作为考察对象, 进行了单因素适应性考察。
耐火浇注料配比为:85高铝熟料:8-5mm, 22.0%;5-3mm, 13.0%;3-1mm, 17.0%;1-0mm,18.0%;SiO2超微粉, 6.0%;90高铝粉,12.0%;A-Al2O3超微粉, 5.0% ; CA-50水泥,7.0%。
固定骨料、微粉、水泥量不变, 水灰比(W /C )保持不变, 按不同比例掺合单一外加剂, 分别考察不同比例
情况下单一添加剂适应性效果。考察指标包括: 浇注料的流动度、减水率及烘干( 110 e @ 24 h)抗折强度。
三聚磷酸钠加入量为分别 0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%; 木钙加入量为分别 0、1%、2%、3%、 4%、5%、6%、7%、8%; FDN 高效减水剂加入量分别为 0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、 11%、12%。
减水率的检测标准按ASTM试锥进行,减水率按照式(1)计算:减水率= (W0-W1)/W0x100%
式中: W0 表示基准浇注料(不加减水剂的浇注料)的单位用水量(kg/kg),W1表示掺加减水剂的浇注料的单位用水量(kg/kg)。
烘干强度的检测方法按标准YB/T5201-93进行。试验结果如图1所示。
2，复合减水剂的配制
为发挥掺合后各组分之间相互调节的作用, 实现“超叠加效应”( Super synerg istic effect), 在原有试验的基础上, 用上述三种外加剂混合后进行复合外加剂试验, 并进行适应性考察。
浇注料配比与单因素一样, 外加剂选用上述三种减水剂。采用正交试验确定各类减水剂的掺量, 根据单因素适应性试验结果, 选用L9(34)正交表, 3因素, 3水平,如表1所示。
通过正交试验离差分析可知, 因素A是最主要的影响因素，所以选择A3，因素C为次要因素，所以选择C3;因素B是影响最小的因素, 可以选择比较方便的量, 可以选择B1。所以选A3B1C3组合, 即三聚磷酸钠、木钙、FDN 高效减水剂质量比为: 三聚磷酸钠 23.5%、木钙11.8%、FDN64.7% 。
3，复合减水剂最佳掺入量的确定
任何减水剂都有一个最佳掺入量, 复合减水剂也不例外。为寻求最佳掺入量, 仍选用上述浇注料配方。复合减水剂的加入量按浇注料总量的 0, 2.5%, 5.0%, 7.5%,10.0%,12.5%,15.0%外掺。分别检测浇注料的流动度(检测标准按ASTM试锥进行)、抗折强度(100℃x3h 、1100℃x3 h、1450℃x3h, 检测方法按标准 YB /T 5201-93进行)、体积密度( 1450℃x3h, 检测方法按标准 YB/T5200-93 进行)、显气孔率( 1450℃x3h, 检测方法按标准 YB/T 5200-93进行)、线变化( 1450℃x3h, 检测方法按标准YB/T5203-93进行)指标, 试验结果见表2。
从表2中可以看出, 随着复合减水剂的掺量增加, 相同加水量的浇注料的流动度逐渐增加, 当复合减水剂加入量到浇注料总量的15%时, 浇注料出现泌水现象; 1450℃x3h烧后的体积密度先增加然后逐渐下降, 而显气孔率则先降低然后增加, 抗折强度都是先增加后降低, 这是因为加入减水剂时先使浇注料的需水量降低, 从而成型后残余水分降低, 提高其密实性, 使其性能得到提高; 当减水剂加入量超过一定范围时, 浇注料出现泌水现象, 降低了密实性, 而使其各项性能降低。从表2中可以看到 3,4,5三组样品的各项物理性能是比较理想的。选这三组的 1450℃x3h烧制的试样做扫描电镜分析和 1试样1450℃x3h烧制的试样扫描电镜作对比,其结果见图 2。由SEM 照片可以看到: 1试样1450℃x3烧制后晶体很少, 样品中出现大的孔洞, 结合不紧密; 3试样1450℃x3h烧结后出现较多柱状晶体、六方长柱状、扁平状晶体, 晶体之间交错在一起, 结合紧密, 试样烧后膨胀, 主要是在晶体中生成莫来石, 而使体积膨胀; 4试样1450℃x3h 烧结后可见到大量晶体胶结在一起, 晶体边界不是很清晰, 但还是能见到柱状晶体, 结合紧密; 5试样1450℃x3h烧结出现大量长柱状、针状、六方柱状晶体, 同时有大量晶体胶结在一起, 结合紧密。出现这种情况的主要原因在于减水剂掺量增加、流动性好, 干燥后的气孔小, 粉体间结合紧密, 所以高温时反应比较充分。
综合考虑各指标情况可以认为, 该复合减水剂掺入量在浇注料总量的 5%-10%范围内时, 减水效果明显, 且浇注料的性能也比较理想。
4,结论
(1)配制铝酸钙水泥浇注料时, 复合减水剂效果比单一减水剂好, 可以使减水剂产品各组分之间的作用相互调节,发挥各自的优势, 达到减水增强的效果;
(2)减水剂的掺入量有一个最佳用量,当减水剂用量多时,不但不起减水作用,反而降低浇注料的性能;
(3)减水剂有一定的适应性,不同的结合剂应该选用不同的减水剂, 掺入量多少应该由试验确定, 本试验得出铝酸钙水泥浇注料的复合减水剂掺入量在浇注料总量的5%-10%范围内时, 减水效果明显, 且浇注料的性能也比较理想。
