減水劑對剛玉尖晶石澆注料的泌水性

　　摘  要：本文研究了剛玉尖晶石系統(tǒng)耐火澆注料的分散與泌水問題，提出了解決問題的新途徑。并通過實驗，對比了該系統(tǒng)常用的幾種高效減水劑（WSM-R1, FS/W10, ADS/W, SM, SN-2, NF-2, FDN3000）的使用效果，從而驗證了復合外加劑對于解決分散與泌水問題的有效性，為澆注料用外加劑提供了新的途徑。

　　關(guān)鍵詞 高效減水劑，自流值，防泌水

　　高純耐火澆注料的泌水問題一直是一個難題，目前解決泌水問題的辦法主要有：1）添加增稠劑。通過添加此類物質(zhì)來達到保水的作用，從而解決泌水問題。2）通過 降低拌和用水量，減少耐火澆注料的自由水含量，從而減少泌水。3）調(diào)整耐火澆注料配方，增加微粉用量和體系的粘度，從而達到保水的效果。對于第一種方法， 目前的技術(shù)難點在于無法有效減少增稠劑對耐火澆注料流動性的負面影響，在取得防泌水效果的同時，損失了體系的流動性，進而影響到實際的使用性能。究其原因 在于增稠劑分散相對困難，而且與減水劑之間發(fā)生沖突。第二種方法效果也很有限，因為單獨的通過改進減水劑來降低拌和用水量，不能從根本上減少體系中自由水 的比例，同樣會泌出相應的自由水。第三種方法是目前采用的基本方法，但調(diào)整空間不大，效果一般的問題。

　　近年來國外一些先進的外加劑公司嘗試新的思 路，復合前兩種方法，開發(fā)了復合減水劑產(chǎn)品技術(shù)，即：在外加劑中復合了更多的有效成分，通過創(chuàng)新的復合制造工藝，很好的解決了增稠與改善減水的問題。本工 作結(jié)合鋼包系統(tǒng)用耐火澆注料的配方體系，研究了國內(nèi)常用的高效減水劑的使用效果，同時對比了一款國內(nèi)采用復合技術(shù)生產(chǎn)的耐火澆注料用防泌水高效減水劑產(chǎn)品 在該系統(tǒng)中的應用，以期為國內(nèi)不定形技術(shù)人員提供借鑒交流。 1 試驗

　　1.1 原料

　　試驗所用的原料有：板狀剛玉（安邁），白剛玉微粉（無錫），活性α-Al2O3微粉（開封），A70電熔尖晶 石（開封），Secar71水泥（凱諾斯）；減水劑有：SM（江蘇），F(xiàn)DN3000（江蘇），SN-2（江蘇），ADS/W（安邁），F(xiàn)S/W10（德 國），NF-2（廣州），WSM-R1（武漢）。

　　1.2 試驗方法

　　按板狀剛玉（≤10 mm）75%（質(zhì)量分數(shù)，下同），A70電熔尖晶石（≤0.088 mm）10%，白剛玉微粉（≤5 um）5%，活性α-Al2O3微粉（≤1 um）5%，Secar71水泥5%配比稱料，減水劑SM、SN-2、ADS/W、FS/W10、NF-2、FDN3000、WSM-R1分別外加 0.15%、0.2%、0.5/0.5%、0.05/0.05%、0.25%、0.2%、0.3%，在攪拌鍋中干混2 min，加水后再攪拌3 min，取出后用跳桌流動度測試儀測試自流流動值（22 ℃，濕度70%）。

　　自流流動值為提起錐模1 min時澆注料的近似流淌直徑值：錐模上下截面為φ70 mm，φ100 mm，高度為60 mm。工作時間以流動值保持大于120 mm的時間。澆注成40 mm×40 mm×160 mm試樣，進行常規(guī)性能指標測試。

　　2 結(jié)果與討論

　　施工性能和試樣常溫性能試驗結(jié)果如表1、表2所示。由表1可知，在幾種減水劑中，WSM-R1具備最佳的減水效果，ADS/W、FS/W10的減水效果次之，而SM、SN-2、NF-2、FDN3000的減水效果比較差。

　　這是因為WSM-R1是采用復合技術(shù)研發(fā)的新一代高效減水劑，所含的主要減水成分是一種有機聚羧酸減水劑。在復合生產(chǎn)過程中，聚羧酸系減水劑通過分子結(jié)構(gòu)設(shè) 計技術(shù)，在分子的主鏈或側(cè)鏈上引入活性基團如磺酸基、羧基、羥基、胺基及聚氧化乙烯基等，使分子具有梳型結(jié)構(gòu)。當聚羧酸系減水劑摻入澆注料后，減水劑所帶 的極性陰離子活性基團如—SO3－、—COO－等通過離子鍵、共價鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在強極性的微粉，水泥顆粒表面，從而使顆粒帶 電，根據(jù)同性電荷相斥原理，阻止了相鄰顆粒的相互接近，改善了和易性，減少了拌水量。同時結(jié)構(gòu)中具有親水性的聚醚側(cè)鏈，伸展于水溶液中，從而在所吸附的顆 粒表面形成有一定厚度的親水性立體吸附層。在顆粒間產(chǎn)生空間位阻作用，重疊越多，空間位阻斥力越大。因此，聚羧酸系高效減水劑在用量較小的情況下，便對澆 注料有顯著的分散作用，同時聚合物的親水聚醚側(cè)鏈在水泥水化產(chǎn)物中仍可以伸展開，這樣聚羧酸類減水劑受到水泥的水化反應影響小，可長時間地保持分散效果。

　　ADS/W 和FS/W10在本質(zhì)上與WSM-R1屬于同一類外加劑，性能比較接近，但是不同廠家的生產(chǎn)工藝，以及在澆注料中的分散性能差異應該是產(chǎn)生比較大差別的原因。而SM、SN-2、NF-2和FDN3000本質(zhì)上屬于三聚氫氨、聚丙烯酸、氨基磺酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合物系列減水劑，屬于第二代高效減水劑，不具 有聚羧酸減水劑的梳狀結(jié)構(gòu)，在分散性能上差距很大。 在以上所有高效外加劑的自流澆注料配方中，只有WSM-R1沒有出現(xiàn)泌水問題。該產(chǎn)品是唯一采 用復合技術(shù)生產(chǎn)，含有特殊的保水成份——羥丙基甲基纖維素（HPMC）。產(chǎn)品通過噴射干燥工藝，成功地解決了載體原料，減水成分和保水成分的有效復合，根本上解決了有機聚合反應相互影響的問題。在水溶液中，所含的保水成分，溶解后能夠固定水膜，強化分散和保水功能，從而解決了澆注料的泌水問題。需要說明的是，隨著WSM-R1用量的增加，有效成分也相應的增多，所以會進一步改善流動性能和保水性能。但是加入量過多，接近臨界膠縮濃度，會產(chǎn)生高分子側(cè)鏈的相 互膠鏈，降低分散效果。[Page]

　　表1  施工性能試驗結(jié)果

　　減水劑 SM SN-2 ADS/W FS/W10 NF-2 FDN3000 WSM-R1

　　加水量（w）/% 5.8 5.7 5.3 5.4 5.7 5.9 4.8

　　流動值/mm 185 190 200 195 195 185 205

　　工作時間/min 50 35 40 45 60 35 50

　　泌水現(xiàn)象 輕微 嚴重 嚴重 輕微 輕微 嚴重 無

　　表2 剛玉-尖晶石試樣的性能

　　減水劑 SM SN-2 ADS/W FS/W10 NF-2 FDN3000 WSM-R1

　　體積密度/（g?cm-3） 110 ℃ 24 h 3.12 3.13 3.15 3.18 3.12 3.11 3.2

　　1 500 ℃ 3 h 3.13 3.11 3.17 3.14 3.12 3.13 3.18

　　抗折強度/MPa 110 ℃ 24 h 10.1 10.9 11.7 11.5 11.2 9.4 12.6

　　1 500 ℃ 3 h 17 16.8 18.5 20.6 18.2 14.5 20

　　耐壓強度/MPa 110 ℃ 24 h 111 124 133 135 122 89 142

　　1 500 ℃ 3 h 176 188 ＞200 ＞200 197 163 ＞200

　　線變化率/% 1 500℃ 3 h 0.54 0.25 0.4 0.65 0.6 0.8 0.45

　　由 表2可知，對于剛玉-尖晶石系統(tǒng)配方，優(yōu)良的施工性能帶來了優(yōu)良的使用性能。由于用水量減少，試樣的體積密度增大，意味著氣孔率相對下降，對抵制熔渣的的 侵蝕能力增加；同時強度指標也是最佳的，這在一定程度上也有利于提高澆注料的使用性能。燒后線變化有一定的膨脹，也是我們希望看到的。由于實驗條件限制， 我們沒有進行抗渣性及其他熱態(tài)性能測試，希望以后有機會完善。通過我們測試的幾個指標，基本可以推斷出，在實驗所用的外加劑中，對于試驗澆注料而言，復合 外加劑WSM-R1具有最佳的使用效果。

　　3 結(jié)論

　　1）WSM-R1，F(xiàn)S/W10 和ADS/W外加劑具備很好的減水性能，是耐火澆注料用減水劑的理想選擇。

　　2）復合外加劑技術(shù)能夠很好地解決減水效果與防泌水性能的兼容性，該技術(shù)將是推動耐火澆注料外加劑技術(shù)進步的有力措施。