硅微粉对超低水泥浇注料流动性影响的研究

硅微粉对超低水泥浇注料流动性影响的研究摘要采用不同硅微粉，研究了其对高铝浇注料基质泥浆粘度的影响，结果表明基质泥浆粘度随硅微粉加入量增加而增大，这是因为硅微粉与水反应形成水化产物，水化产物发生聚合，分子的体积增大，使浆体层流阻力增大，导致泥浆粘度上升，而随硅微粉含量增加，浇注料的振动流动性增加，这与硅微粉的填充减水机理密不可分。关键词硅微粉粘度浇注料振动流动值1前言硅微粉以其良好的减水，促流效果在低水泥、超低水泥及无水泥浇注料中得到了广泛应用。有报导关于硅微粉对浇注料泥浆流变性的影响[1]，也有报导关于硅微粉对超低水泥浇注料的振动流动性影响[2]，但这二者之间的关系不甚明了。高铝质浇注料是超低水泥浇注料中用途最为广泛的一种。本文采用不同硅微粉，研究其对高铝浇注料基质泥浆年度的影响，同时研究了它对此类浇注料振动流动性的影响，并对硅微粉的不同作用机理进行了分析。2试验2.1原料试验所用原料的化学组成如表1所示。2.2试验方法采用NDJ-8S数显粘度计测量基质泥浆的粘度。采用电动跳桌测量浇注料的振动流动值。试验锥尺寸为Ф70（上）/100（下）mm×60mm(高)。垂直移去试验锥后跳桌跳动30次后，沿圆周方向均匀测定8个方向的流动值，每一振动流动值均为这8个数据的平均值。2.3基质泥浆粘度的测定浇注料采用颗粒：细粉＝70：3030％细粉中固定水泥含量为3％，研究了A、B、C三种不同硅微粉对基质泥浆粘度的影响。试验配比如表2所示。外加0.15％三聚作为分散剂。准确称量后，加入分散剂和20％水。在水泥净浆搅拌机中充分混匀制成泥浆，待转子插入泥浆1min后开始测定泥浆粘度。2.4浇注料振动流动值的测定研究了A、B、C三种不同硅微粉对浇注料振动流动性的影响。浇注料试验配比如表3所示。准确称量后，外加入0.15％三聚在水泥胶砂搅拌机中干混3min后，加入适量水均匀搅拌6min后测量振动流动值。3试验结果3.1硅微粉对基质泥浆粘度的影响硅微粉对基质泥浆粘度的影响如图1所示。由图1可见，当基质泥浆加入2%的硅微粉时，体系的粘度大幅度降低。这是由于硅微粉在水中发生如下水化变化：SiO2+H2O=H2SiO3H2SiO3水解形成如下胶团结构：｛〔SiO2〕mnSiO3²-.2(n-x)H*｝2xH*当有分散剂存在时，胶体粒子表面形成双电层的重叠而产生静电斥力，即克服了质点间的范德华力，降低了界面能，防止了粒子间的吸附聚凝；另一方面，胶体粒子周围吸附了分散剂而形成溶媒层。这两方面共同作用，增大了基质泥浆的流动性，于是体系的粘度下降。当硅微粉加入量超过2%以后，随着硅微粉加入量的增加，体系粘度不断升高，这是因为硅微粉与水反应形成水化产物，水化产物发生进一步聚合，增大了分子的体积，浆体层流阻力增大，导致粘度上升。根据Einstein公式[3]，层流状态下，分散体系（或溶液）的粘度（η）由以下式表示：η=η0(1+kΦ)式中：η0为分散介质（或纯溶剂）的粘度:k为常数，对于球形粒子，k=2.5Φ为分散相在全部分散体系中所占的体积分数；随着硅微粉加入量增加，Φ值增加，体系的η增加。3.2硅微粉对浇注料振动流动值的影响硅微粉对浇注料振动流动值的影响如图2所示。其中硅微粉加入量为2%时，浇注料的加水量为7.75%；硅微粉加入量为4%时，浇注料加入量为6.52%；硅微粉加入量为6%时，浇注料的加水量为5.2%。由上图可见，硅微粉由2%增加到4%时，浇注料加水量由7.75%减少至6.52%，其中使用硅微粉A、C的浇注料振动流动性基本不变，而使用硅微粉B的浇注料振动流动性还有较大幅度提高。这一结果是与硅微粉的减水机理分不开。一般，浇注料中耐火骨料和粉料分级搭配，表现上较紧致，但很难达到最紧密堆积，坯体中留有的大量孔隙被水填满。当浇注料的需水量减少，从而达到减水的目的。硅微粉是具有明显球形的粒子，很容易进入浇注料中微小的孔隙，加之粒径又小，所以减水效果良好。图2还显示，在相同的条件下，硅微粉的种类对浇注料的振动流动性有不同影响。硅微粉加入量超过2%后，硅微粉B的减水效果最好，其次是硅微粉C，而微硅粉A的减水效果最差。这可能与硅微粉的表面形状有关。硅微粉是非晶质或无定形二氧化硅，比表面积大，易吸附空气中的水发生团聚。无定形二氧化硅的结构显示图3。由图3可见，硅微粉内部有毛细血管通道，其表面有断键。这些断键在水中易形成Si-OH（硅烷醇基）且离解后形成胶团。这种胶团的分散凝聚作用很大程度上依赖于胶团外层的动电位（ξ电位），而胶团的动电位又与硅微粉本身碱金属含量有很大关系。硅微粉B的减水效果好，与其较低的碱金属含量（K2O及Na2O）有关。4结论高铝质超低水泥浇注料基质泥浆粘度随硅微粉加入量增加而增大，这是因为硅微粉与水反应形成水化产物，水化产物发生聚合，分子的体积增大，使浆体层流阻力增大，导致泥浆粘度上升。但这并不表明浇注料的振动流动性随硅微粉加入量增加而降低。相反，在一定的加入范围内，硅微粉含量增加，浇注料的振动流动性也增加，这与硅微粉的填充减水机理密不可分。因此，得出结论：硅微粉对基质粘度影响的研究不能替代其对浇注料振动流动性影响的研究，硅微粉在这两个体系中的作用机理是完全不同的。参考文献1叶方保，RigudM,刘新红，矾土基浇注料基质的流变性，硅酸盐通报，2004，23（1），26－30，342.韩行禄编著，不定形耐火材料，北京：冶金工业出版社，1994，2103.陈宗琪，戴闵光编，胶体化学，北京：高等教育出版社，1984，3，365