低水泥浇注料用骨料细粉、微粉、结合剂及减水剂的选择_河南宏泰窑炉耐火材料有限公司-耐火材料-耐火浇注料-高铝耐火砖

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编辑:admin   分类:行业动态   发布:2020-04-25 14:08   浏览:次
摘要: 低水泥浇注料用骨料细粉、微粉、结合剂及减水剂的选择 ...
从低水泥浇注料的品种来看,低水泥浇注料有Al2O3系和Al2O3-MgO系。采用优质原料,按科学合理的配合比进行配料,以满足低水泥浇注料的优良性能及使用要求。用做低水泥浇注料的原料可以分为以下四类。 
(1)低水泥浇注料的骨料及细粉 
低水泥浇注料以回转窑煅烧的优质高铝矾土以及电炉高温冶炼的刚玉为骨料和细粉,采用合理的级配组成,确保低水泥浇注料形成紧密堆积,提高密实度。 
(2)低水泥浇注料的微粉 
超微粉技术是低水泥浇注料的关键技术,其主要作用是优化基质以提高浇注料的性能。 
超微粉和微粉的主要品种有活性SiO2微粉、α-Al2O3微粉、白刚玉粉、棕刚玉粉、莫来石粉、镁铝尖晶石粉等。由于微粉及超微粉的比表面积、表面原子数及表面能等急剧增大,化学反应速率显著提高,使制品的烧成温度降低,烧结时间缩短,由于配料的堆积性、吸附性、流变性、熔融性都发生了变化,因此制品的强度、韧性、密度、电性、磁性等均发生变化。低水泥浇注料中所用的微粉主要是α-Al2O3微粉、活性SiO2微粉,以及作为水硬性粘结剂使用的铝酸钙水泥(CAC)等,三者构成低水泥浇注料的基质部分,其组成比例的调整影响浇注料的流变性能和使用性能。 
SiO2超微粉是一种非晶态SiO2,平均直径约为0.15μm,表面活性好。SiO2超微粉在浇注料中具有多重作用:一是可减少水泥用量约1%;二是减少用水量,从而获得低用水量、高密度浇注料,并在基质设计合理情况下改善其施工流变性及高温使用性能;同时还能起到低温结合作用。但在水系统中SiO2超微粉通常具有负表面电荷,另一方面,α-Al2O3微粉却显示出带正电荷,导致结合系统颗粒间相互吸引,产生絮凝现象,从而增加用水量,这就要求必须采用合适的减水剂改变颗粒荷电状况,使颗粒相互排斥,降低用水量。 
α-Al2O3微粉平均粒径约为1~5μm,一般认为在常温条件或110℃烘干过程中不发生水化作用,表现出惰性性质,在高技术浇注料中主要用于改善浇注料烧结性能。 
(3)低水泥浇注料的结合剂 
低水泥浇注料采用的结合剂种类很多,从早期的水玻璃,软质粘土到目前的树脂,微粉溶胶等,其结合系统发生了很大的变化,但铝酸盐水泥仍然是使用最安全,质量最稳定,同时也是使用最广泛的结合剂。按照GB202000《铝酸盐水泥》规定,铝酸钙水泥有CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四个品种,其主要矿物组成为铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)、七铝酸十二钙(C12A7)。 
铝酸钙水泥一般均含有CA、CA2、C12A7,矿物组成不同,水化温度不同,其水化产物也不同。研究证实:铝酸钙水泥水化生成CAH10和C2AH8,二者是一种介稳态水化物,它会转变为稳定水化物C3AH6。由于这个特性,使铝酸盐水泥制作的浇注料,随着时间的推移和温度的变化将发生强度下降。但在活性SiO2微粉的作用下,铝酸钙水泥的水化过程可以避免生成C2AH8,而直接生成钙黄长石C2ASH8,提高浇注料的常温强度。 
(4)低水泥浇注料的减水剂 
减水剂是一类加入到干物料中并加水拌合后,能保持低水泥浇注料流动值基本不变时,可显著降低拌合用水量的化合物,因此又称为减水剂。 
减水剂分为无机减水剂和有机减水剂两大类。无机减水剂主要是电解质类化合物,它溶于水中能解离出阳离子和阴离子团,具有导电性能。用作耐火浇注料的无机减水剂主要有焦磷酸钠、聚磷酸钠、多聚磷酸钠、超聚磷酸钠、硅酸钠、碳酸钠等。耐火浇注料中应用最广泛的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。 
三聚磷酸钠,分子量为367.86,性质为白色粉末,无机表面活性物质,对固体微粒有极强的分散力。
有机减水剂的分散作用机制有两种:其一,离子型减水剂是静电斥力和粒子表面吸附层产生的空间位阻共同起作用,若吸附层薄,静电斥力起主导作用,若吸附层厚,溶剂化层厚,则以空间位阻为主导作用;其二,非离子型减水剂,是以空间位阻起主导作用。有机减水剂品种多,发展迅速,目前主要类型有: 
①第一代普通减水剂,以亚硫酸盐法生产纸浆的副产品为原料所提炼的木质素磺酸盐系普通减水剂,称为第一代减水剂,主要是木质素磺酸盐及其衍生物,常用的有木质素磺酸钙和木质素磺酸钠。 
②第二代高效减水剂,主要是聚磺酸盐类化合物,有萘磺酸钠甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。1962年日本服部健一博士研制成功萘系高效减水剂萘磺酸盐甲醛缩合物,我国清华大学于20世纪80年代合成了萘磺酸盐甲醛缩合物NF,从此形成了第二代萘磺酸盐系高效减水剂,其使用功效明显优于木质素磺酸盐系普通减水剂。此类高效减水剂的应用,给混凝土行业带来变革性变化,它们可用于调配流态化可泵灌混凝土,并可提高混凝土的性能。在我国耐火材料行业,于20世纪80年代开始在耐火浇注料中使用,并取得显著效果。 
萘磺酸盐系减水剂,化学名称为聚次甲基萘磺酸钠(盐),化学成份为β-萘磺酸盐甲醛缩合物,分子式C11n-1H(SO3Na)n(n=9~11),相对分子量2100~2700。 
由分子结构可知:氨基磺酸盐系高效减水剂属于芳香烃环状结构,线性结构主链上有大量磺酸基(-3SO)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)等亲水性官能团,其中主导官能团是磺酸基(-SO3-)。 
③第三代高效减水剂: 
现在,减水剂正向着高效能、低掺量及复合化的方向发展,聚羧酸高效减水剂即为第三代高效减水剂的杰出代表,其根据混凝土的实际性能需要进行减水剂分子结构设计,分子呈梳形结构,主链上带有多个极性较强的活性基团,侧链上带有数量占多数的亲水性活性基团以及分子链较短、数量少的疏水基,使其在混凝土应用中表现出高减水率、高保坍性和体积稳定性的性质。 
聚羧酸系高效减水剂首先在20世纪80年代末由日本触媒公司研制成功,90年代正式投入工业化生产,1995年以后,聚羧酸系减水剂大量应用于高层建筑,在日本的使用量超过了萘系减水剂。 
与其他高效减水剂相比,聚羧酸系减水剂的分子结构主要有以下特点: 
分子结构呈梳形:聚羧酸系高效减水剂主链上带有较多的活性基团,并且极性较强。这些基团有磺酸基团(-SO3-)、羧酸基团(-COO-)、羟基基团(-OH)、聚氧烷基烯基团(-(CH2CH2O)m-R)等,形成梳形结构。各基团对水泥浆体的作用不相同,如磺酸基的分散性好;羧酸基除有较好的分散性外,还有缓凝效果;羟基不仅具有缓凝作用,还能起到浸透润湿的作用;聚氧烷基类基团具有保持流动性的作用。 
侧链带有亲水性的活性基团,并且链较长,通过梳形柔性吸附形态,形成网状结构,具有较高的立体位阻效应,再加上羧基产生的静电排斥作用,可表现出较大的立体斥力效应。 
分子结构自由度相当大,合成时可控制的参数多、高性能化的潜力大。通过控制主链的聚合度、侧链(长度、类型)、官能团(种类、数量及位置)、分子量大小及分布等参数可对其进行分子结构设计,研制出性能优异的高效减水剂。 
聚羧酸高效减水剂合成单体包括(甲基)丙烯酸、马来酸(酐)、聚乙二醇、(甲基)丙烯磺酸(盐或酯)及丙烯酰胺等,其合成方法主要有:大分子单体法、大分子反应法、原位聚合与接枝。各种乙烯类单体经共聚合反应获得主链,在主链上含有阴离子(如羧基、磺酸基)及其他极性基团(如羟基、醚、酰胺、胺)等的水溶性高分子,表现出很多良好的使用性能。 

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