工業用炉や窯の極度の熱の中で、特定の材料は容赦ない熱的攻撃に対してしっかりと立っています。これはSFではなく、高性能耐火キャスタブルの現実です。高品質のアルミナセメントがそのバックボーンを形成する一方で、別の重要なコンポーネントが舞台裏で機能します。それは、ヘキサメタリン酸ナトリウム（SHMP）です。
コンクリートの世界では、混和剤はマスターミクソロジストとして重要な役割を果たし、特殊な特性を付与するために配合を慎重に調整します。その中でも、高範囲減水剤（または高性能減水剤）は、作業性を損なうことなく水分量を大幅に減らす能力で特に注目されています。これらの有機ポリマー化合物には、ナフタレン系、メラミン系、リグノスルホン酸塩、およびグルコース、スクロース、有機ヒドロキシカルボン酸塩などの天然化合物など、さまざまな形態があります。
減水剤のメカニズムは、エレガントにシンプルです。アニオン性界面活性剤として、水中で解離してセメント粒子に吸着する負電荷イオンを放出します。これにより、粒子間に静電反発が生まれ、同時に水の表面張力を低減する水和シェルが形成されます。この複合効果により、セメント凝集が分解され、閉じ込められた水が放出され、流動性に影響を与えることなく大幅な減水が可能になります。
作業性の向上に加えて、これらの混和剤はセメント粒子に保護膜を形成することにより、コンクリートの微細構造を強化します。これにより、水和速度が調整され、より良い結晶成長が促進され、水の蒸発による毛管空隙率が減少し、最終的により硬く、より強いセメント構造が得られます。
ポリカルボン酸エーテル（PCE）とリグノスルホン酸塩高性能減水剤は通常のポルトランドセメントにはうまく機能しますが、結合剤としてアルミナセメント（CAC）を使用する耐火キャスタブルには、通常SHMPまたはトリポリリン酸ナトリウム（STP）など、異なるソリューションが必要です。CACの高い初期強度、優れた耐熱性、耐摩耗性により、耐火用途に最適です。
SHMPは、2〜8％のシリカを含むCACベースのキャスタブルの高性能減水剤として特に効果的であることが証明されています。その長鎖構造は、キャスティングに適切な流動特性を保証し、高強度で高密度、低多孔性のライニングを促進します。
最近の研究により、さまざまなシステムにおけるSHMPの挙動が明らかになりました。研究では、優れた分散と完全なCAC粒子の水和を促進することにより、結合剤の流動性を高める能力が示されています。他の研究では、長期的な安定性を損なう可能性のある準安定相の形成を抑制し、CAC水和を制御するためにリン酸塩を使用することが検討されています。
しかし、純粋なCACとのSHMPの相互作用については、基本的な疑問が残っています。セメント粒子への吸着を支配する要因は何ですか？どのようにして減水を実現するのですか？水和はSHMPの投与量によってどのように変化しますか？これらの質問に対処するには、複数のパラメーターを調べる必要があります。
- 粒子表面電荷を評価するためのゼータ電位測定
- SHMP吸着の定量化
- リンおよびカルシウムイオン濃度の追跡
- レオロジー特性の評価
多価アニオンとして、SHMPの表面吸着挙動は、その分散効果を決定します。主な影響要因は次のとおりです。
- 濃度： 吸着は、飽和点までSHMP濃度とともに増加します
- 表面特性： セメント粒子の電荷、粗さ、組成は吸着に影響します
- pH： SHMP解離と表面電荷特性に影響します
- 温度： 吸着速度論と平衡に影響します
SHMPは、正の表面サイトへの静電的引力と、金属イオンとの潜在的な配位の両方を通じて結合します。
SHMPは、CAC水和に複雑な影響を与え、特定の側面を遅らせ、促進する可能性があります。
- Caと可溶性複合体を形成 2+ 、水和物の析出を阻害
- 水和物の形態を修正し、緻密なゲルを優先して六角板の形成を抑制
- 吸着効果を通じてイオン拡散速度を変更
SHMPは、複数のメカニズムを通じて作業性を向上させます。
- 静電反発の増加を介して粒子を分散
- 凝集構造を破壊することにより、降伏応力を低減
- より良い配置特性のためにチキソトロピーを修正
SHMPは耐火キャスタブルに価値があることが証明されていますが、改善された代替品を開発し、用途を拡大する機会があります。潜在的な研究の道には以下が含まれます。
- 性能が向上した次世代CAC高性能減水剤の開発
- 他の混和剤とのSHMP相乗効果の調査
- SHMPの挙動を予測する数学モデルの作成
- 他のセメント系システムにおけるSHMPの用途の探求
継続的な研究により、SHMPのメカニズムがさらに解明され、ますます要求の厳しい産業用途向けに耐火材料の最適化が可能になります。