减水剂对刚玉尖晶石浇注料的泌水性

　　摘  要：本文研究了刚玉尖晶石系统耐火浇注料的分散与泌水问题，提出了解决问题的新途径。并通过实验，对比了该系统常用的几种高效减水剂（WSM-R1, FS/W10, ADS/W, SM, SN-2, NF-2, FDN3000）的使用效果，从而验证了复合外加剂对于解决分散与泌水问题的有效性，为浇注料用外加剂提供了新的途径。

　　关键词 高效减水剂，自流值，防泌水

　　高纯耐火浇注料的泌水问题一直是一个难题，目前解决泌水问题的办法主要有：1）添加增稠剂。通过添加此类物质来达到保水的作用，从而解决泌水问题。2）通过 降低拌和用水量，减少耐火浇注料的自由水含量，从而减少泌水。3）调整耐火浇注料配方，增加微粉用量和体系的粘度，从而达到保水的效果。对于第一种方法， 目前的技术难点在于无法有效减少增稠剂对耐火浇注料流动性的负面影响，在取得防泌水效果的同时，损失了体系的流动性，进而影响到实际的使用性能。究其原因 在于增稠剂分散相对困难，而且与减水剂之间发生冲突。第二种方法效果也很有限，因为单独的通过改进减水剂来降低拌和用水量，不能从根本上减少体系中自由水 的比例，同样会泌出相应的自由水。第三种方法是目前采用的基本方法，但调整空间不大，效果一般的问题。

　　近年来国外一些先进的外加剂公司尝试新的思 路，复合前两种方法，开发了复合减水剂产品技术，即：在外加剂中复合了更多的有效成分，通过创新的复合制造工艺，很好的解决了增稠与改善减水的问题。本工 作结合钢包系统用耐火浇注料的配方体系，研究了国内常用的高效减水剂的使用效果，同时对比了一款国内采用复合技术生产的耐火浇注料用防泌水高效减水剂产品 在该系统中的应用，以期为国内不定形技术人员提供借鉴交流。 1 试验

　　1.1 原料

　　试验所用的原料有：板状刚玉（安迈），白刚玉微粉（无锡），活性α-Al2O3微粉（开封），A70电熔尖晶 石（开封），Secar71水泥（凯诺斯）；减水剂有：SM（江苏），FDN3000（江苏），SN-2（江苏），ADS/W（安迈），FS/W10（德 国），NF-2（广州），WSM-R1（武汉）。

　　1.2 试验方法

　　按板状刚玉（≤10 mm）75%（质量分数，下同），A70电熔尖晶石（≤0.088 mm）10%，白刚玉微粉（≤5 um）5%，活性α-Al2O3微粉（≤1 um）5%，Secar71水泥5%配比称料，减水剂SM、SN-2、ADS/W、FS/W10、NF-2、FDN3000、WSM-R1分别外加 0.15%、0.2%、0.5/0.5%、0.05/0.05%、0.25%、0.2%、0.3%，在搅拌锅中干混2 min，加水后再搅拌3 min，取出后用跳桌流动度测试仪测试自流流动值（22 ℃，湿度70%）。

　　自流流动值为提起锥模1 min时浇注料的近似流淌直径值：锥模上下截面为φ70 mm，φ100 mm，高度为60 mm。工作时间以流动值保持大于120 mm的时间。浇注成40 mm×40 mm×160 mm试样，进行常规性能指标测试。

　　2 结果与讨论

　　施工性能和试样常温性能试验结果如表1、表2所示。由表1可知，在几种减水剂中，WSM-R1具备最佳的减水效果，ADS/W、FS/W10的减水效果次之，而SM、SN-2、NF-2、FDN3000的减水效果比较差。

　　这是因为WSM-R1是采用复合技术研发的新一代高效减水剂，所含的主要减水成分是一种有机聚羧酸减水剂。在复合生产过程中，聚羧酸系减水剂通过分子结构设 计技术，在分子的主链或侧链上引入活性基团如磺酸基、羧基、羟基、胺基及聚氧化乙烯基等，使分子具有梳型结构。当聚羧酸系减水剂掺入浇注料后，减水剂所带 的极性阴离子活性基团如—SO3－、—COO－等通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用紧紧地吸附在强极性的微粉，水泥颗粒表面，从而使颗粒带 电，根据同性电荷相斥原理，阻止了相邻颗粒的相互接近，改善了和易性，减少了拌水量。同时结构中具有亲水性的聚醚侧链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的颗 粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。在颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大。因此，聚羧酸系高效减水剂在用量较小的情况下，便对浇 注料有显著的分散作用，同时聚合物的亲水聚醚侧链在水泥水化产物中仍可以伸展开，这样聚羧酸类减水剂受到水泥的水化反应影响小，可长时间地保持分散效果。

　　ADS/W 和FS/W10在本质上与WSM-R1属于同一类外加剂，性能比较接近，但是不同厂家的生产工艺，以及在浇注料中的分散性能差异应该是产生比较大差别的原因。而SM、SN-2、NF-2和FDN3000本质上属于三聚氢氨、聚丙烯酸、氨基磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物系列减水剂，属于第二代高效减水剂，不具 有聚羧酸减水剂的梳状结构，在分散性能上差距很大。 在以上所有高效外加剂的自流浇注料配方中，只有WSM-R1没有出现泌水问题。该产品是唯一采 用复合技术生产，含有特殊的保水成份——羟丙基甲基纤维素（HPMC）。产品通过喷射干燥工艺，成功地解决了载体原料，减水成分和保水成分的有效复合，根本上解决了有机聚合反应相互影响的问题。在水溶液中，所含的保水成分，溶解后能够固定水膜，强化分散和保水功能，从而解决了浇注料的泌水问题。需要说明的是，随着WSM-R1用量的增加，有效成分也相应的增多，所以会进一步改善流动性能和保水性能。但是加入量过多，接近临界胶缩浓度，会产生高分子侧链的相 互胶链，降低分散效果。[Page]

　　表1  施工性能试验结果

　　减水剂 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

　　流动值/mm 185 190 200 195 195 185 205

　　工作时间/min 50 35 40 45 60 35 50

　　泌水现象 轻微 严重 严重 轻微 轻微 严重 无

　　表2 刚玉-尖晶石试样的性能

　　减水剂 SM SN-2 ADS/W FS/W10 NF-2 FDN3000 WSM-R1

　　体积密度/（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

　　抗折强度/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

　　耐压强度/MPa 110 ℃ 24 h 111 124 133 135 122 89 142

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

　　线变化率/% 1 500℃ 3 h 0.54 0.25 0.4 0.65 0.6 0.8 0.45

　　由 表2可知，对于刚玉-尖晶石系统配方，优良的施工性能带来了优良的使用性能。由于用水量减少，试样的体积密度增大，意味着气孔率相对下降，对抵制熔渣的的 侵蚀能力增加；同时强度指标也是最佳的，这在一定程度上也有利于提高浇注料的使用性能。烧后线变化有一定的膨胀，也是我们希望看到的。由于实验条件限制， 我们没有进行抗渣性及其他热态性能测试，希望以后有机会完善。通过我们测试的几个指标，基本可以推断出，在实验所用的外加剂中，对于试验浇注料而言，复合 外加剂WSM-R1具有最佳的使用效果。

　　3 结论

　　1）WSM-R1，FS/W10 和ADS/W外加剂具备很好的减水性能，是耐火浇注料用减水剂的理想选择。

　　2）复合外加剂技术能够很好地解决减水效果与防泌水性能的兼容性，该技术将是推动耐火浇注料外加剂技术进步的有力措施。