در گرمای شدید کورههای صنعتی و کوره ها، مواد خاصی در برابر حملات حرارتی بی امان مقاومت می کنند. این یک داستان علمی تخیلی نیست، بلکه واقعیت مواد ریخته گری نسوز با عملکرد بالا است. در حالی که سیمان آلومینات کلسیم با کیفیت بالا ستون فقرات آنها را تشکیل می دهد، یک جزء حیاتی دیگر در پشت صحنه کار می کند: هگزا متا فسفات سدیم (SHMP).
در دنیای بتن، مواد افزودنی نقش حیاتی به عنوان استادان ترکیب کننده دارند و با دقت فرمولاسیون ها را متعادل می کنند تا خواص تخصصی را القا کنند. در میان اینها، کاهنده های آب با محدوده بالا (یا فوق روان کننده ها) به ویژه به دلیل توانایی آنها در کاهش قابل توجه محتوای آب بدون به خطر انداختن کارایی قابل توجه هستند. این ترکیبات پلیمری آلی در اشکال مختلفی از جمله پایه نفتالین، پایه ملامین، لیگنوسولفونات ها و ترکیبات طبیعی مانند گلوکز، ساکارز و هیدروکسی کربوکسیلات های آلی وجود دارند.
مکانیسم کاهنده های آب به طرز ظریفی ساده است. آنها به عنوان سورفکتانت های آنیونی، در آب تجزیه می شوند تا یون های بار منفی را آزاد کنند که روی ذرات سیمان جذب می شوند. این باعث ایجاد دافعه الکترواستاتیک بین ذرات می شود و در عین حال یک پوسته هیدراتاسیون تشکیل می دهد که کشش سطحی آب را کاهش می دهد. اثر ترکیبی، تجمع های سیمان را از بین می برد، آب به دام افتاده را آزاد می کند و امکان کاهش قابل توجه آب را بدون تأثیر بر سیالیت فراهم می کند.
فراتر از بهبود کارایی، این مواد افزودنی ریزساختار بتن را با تشکیل فیلم های محافظ روی ذرات سیمان افزایش می دهند. این امر سرعت هیدراتاسیون را تعدیل می کند، رشد کریستالی بهتر را تقویت می کند، تخلخل مویرگی ناشی از تبخیر آب را کاهش می دهد و در نهایت ساختارهای سیمانی سخت تر و قوی تر را ایجاد می کند.
در حالی که فوق روان کننده های پلی کربوکسیلات اتر (PCE) و لیگنوسولفونات برای سیمان پرتلند معمولی خوب عمل می کنند، مواد ریخته گری نسوز با استفاده از سیمان آلومینات کلسیم (CAC) به عنوان چسب به راه حل های متفاوتی نیاز دارند - معمولاً SHMP یا تری پلی فسفات سدیم (STP). استحکام اولیه بالا، مقاومت در برابر حرارت استثنایی و مقاومت در برابر سایش CAC آن را برای کاربردهای نسوز ایده آل می کند.
SHMP به ویژه به عنوان یک فوق روان کننده برای مواد ریخته گری مبتنی بر CAC که حاوی 2-8٪ سیلیس هستند، موثر است. ساختار زنجیره بلند آن، ویژگی های جریان مناسب را برای ریخته گری تضمین می کند و در عین حال پوشش های متراکم و کم تخلخل با استحکام مکانیکی بالا را ارتقا می دهد.
تحقیقات اخیر به رفتار SHMP در سیستم های مختلف نور انداخته است. مطالعات توانایی آن را در افزایش سیالیت چسب از طریق پراکندگی عالی و با ترویج هیدراتاسیون کامل ذرات CAC نشان می دهد. کارهای دیگر استفاده از فسفات ها را برای کنترل هیدراتاسیون CAC، سرکوب تشکیل فاز متاپایدار که می تواند پایداری طولانی مدت را به خطر بیندازد، بررسی کرده است.
با این حال، سوالات اساسی در مورد تعامل SHMP با CAC خالص باقی مانده است: چه عواملی جذب آن را بر روی ذرات سیمان کنترل می کنند؟ چگونه دقیقاً به کاهش آب دست می یابد؟ هیدراتاسیون چگونه با دوز SHMP متفاوت است؟ برای پاسخ به این سوالات، بررسی پارامترهای متعدد ضروری است:
- اندازه گیری پتانسیل زتا برای ارزیابی بار سطحی ذرات
- کمیت سنجی جذب SHMP
- ردیابی غلظت یون فسفر و کلسیم
- ارزیابی خواص رئولوژیکی
به عنوان یک آنیون چند ظرفیتی، رفتار جذب سطحی SHMP، اثربخشی پراکندگی آن را تعیین می کند. عوامل تأثیرگذار کلیدی عبارتند از:
- غلظت: جذب با غلظت SHMP تا یک نقطه اشباع افزایش می یابد
- خواص سطح: بار ذرات سیمان، زبری و ترکیب بر جذب تأثیر می گذارد
- pH: بر تفکیک SHMP و ویژگی های بار سطحی تأثیر می گذارد
- دما: بر سینتیک و تعادل جذب تأثیر می گذارد
SHMP از طریق جاذبه الکترواستاتیکی به سایت های سطحی مثبت و هماهنگی بالقوه با یون های فلزی متصل می شود.
SHMP اثرات پیچیده ای بر هیدراتاسیون CAC اعمال می کند، هم بازدارنده و هم به طور بالقوه جنبه های خاصی را ارتقا می دهد:
- کمپلکس های محلول با Ca تشکیل می دهد 2+ ، مهار رسوب هیدرات
- مورفولوژی هیدرات را اصلاح می کند، تشکیل صفحه شش ضلعی را به نفع ژل های متراکم تر سرکوب می کند
- نرخ های انتشار یون را از طریق اثرات جذب تغییر می دهد
SHMP کارایی را از طریق مکانیسم های متعدد بهبود می بخشد:
- ذرات را از طریق افزایش دافعه الکترواستاتیکی پراکنده می کند
- تنش تسلیم را با شکستن ساختارهای لخته شده کاهش می دهد
- تیکسوتروپی را برای ویژگی های قرارگیری بهتر اصلاح می کند
در حالی که SHMP برای مواد ریخته گری نسوز ارزشمند بوده است، فرصت هایی برای توسعه جایگزین های بهبود یافته و گسترش کاربردها وجود دارد. مسیرهای تحقیقاتی بالقوه عبارتند از:
- توسعه فوق روان کننده های CAC نسل بعدی با عملکرد پیشرفته
- بررسی هم افزایی SHMP با سایر مواد افزودنی
- ایجاد مدل های ریاضی برای پیش بینی رفتار SHMP
- بررسی کاربردهای SHMP در سایر سیستم های سیمانی
تحقیقات مستمر، مکانیسم های SHMP را بیشتر روشن می کند و امکان بهینه سازی مواد نسوز را برای کاربردهای صنعتی فزاینده فراهم می کند.