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