ในความร้อนจัดของเตาหลอมและเตาเผาอุตสาหกรรม วัสดุบางชนิดยืนหยัดต่อการโจมตีจากความร้อนอย่างไม่หยุดหย่อน นี่ไม่ใช่เรื่องแต่งนิยายวิทยาศาสตร์ แต่เป็นความเป็นจริงของคอนกรีตหล่อทนไฟสมรรถนะสูง ในขณะที่ปูนซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนตคุณภาพสูงเป็นแกนหลัก ส่วนประกอบสำคัญอีกอย่างหนึ่งทำงานอยู่เบื้องหลัง: โซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟต (SHMP)
ในโลกของคอนกรีต สารผสมมีบทบาทสำคัญในฐานะนักผสมหลักที่สมดุลสูตรอย่างระมัดระวังเพื่อให้คุณสมบัติพิเศษ ในบรรดาเหล่านี้ สารลดน้ำช่วงสูง (หรือซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์) มีความโดดเด่นเป็นพิเศษในความสามารถในการลดปริมาณน้ำลงอย่างมากโดยไม่กระทบต่อการทำงาน สารประกอบโพลิเมอร์อินทรีย์เหล่านี้มีหลายรูปแบบ รวมถึงชนิดที่ใช้แนฟทาลีน ชนิดที่ใช้เมลามีน ลิกโนซัลโฟเนต และสารประกอบจากธรรมชาติ เช่น กลูโคส ซูโครส และไฮดรอกซีคาร์บอกซิเลตอินทรีย์
กลไกของสารลดน้ำนั้นเรียบง่ายอย่างสง่างาม ในฐานะสารลดแรงตึงผิวประจุลบ พวกมันจะแยกตัวในน้ำเพื่อปล่อยไอออนที่มีประจุลบซึ่งดูดซับบนอนุภาคซีเมนต์ สิ่งนี้สร้างแรงผลักดันไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคในขณะเดียวกันก็สร้างเปลือกไฮเดรชั่นที่ช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำ ผลรวมของการรวมกันจะทำลายการรวมตัวของซีเมนต์ ปล่อยน้ำที่ติดอยู่ และช่วยลดน้ำได้อย่างมากโดยไม่ส่งผลต่อความลื่นไหล
นอกเหนือจากการปรับปรุงการทำงานแล้ว สารผสมเหล่านี้ยังช่วยเพิ่มโครงสร้างจุลภาคของคอนกรีตโดยการสร้างฟิล์มป้องกันบนอนุภาคซีเมนต์ ซึ่งช่วยควบคุมอัตราการเกิดไฮเดรชั่น ส่งเสริมการเติบโตของคริสตัลที่ดีขึ้น ลดรูพรุนแบบเส้นเลือดฝอยจากการระเหยของน้ำ และท้ายที่สุดจะทำให้โครงสร้างซีเมนต์แข็งแรงขึ้น
ในขณะที่โพลีคาร์บอกซิเลตอีเทอร์ (PCE) และลิกโนซัลโฟเนตซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์ทำงานได้ดีสำหรับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทั่วไป คอนกรีตหล่อทนไฟที่ใช้ปูนซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนต (CAC) เป็นตัวประสานต้องใช้สารละลายที่แตกต่างกัน—โดยทั่วไปคือ SHMP หรือโซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต (STP) ความแข็งแรงในช่วงต้น ความทนทานต่อความร้อนเป็นพิเศษ และความทนทานต่อการสึกหรอของ CAC ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทนไฟ
SHMP พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในฐานะซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์สำหรับคอนกรีตหล่อที่ใช้ CAC ซึ่งมีซิลิกา 2-8% โครงสร้างสายยาวช่วยให้มั่นใจได้ถึงลักษณะการไหลที่เหมาะสมสำหรับการหล่อ ในขณะเดียวกันก็ส่งเสริมการบุด้วยรูพรุนต่ำที่มีความหนาแน่นสูงและมีความแข็งแรงทางกลสูง
งานวิจัยล่าสุดได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับพฤติกรรมของ SHMP ในระบบต่างๆ การศึกษาแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเพิ่มสภาพคล่องของตัวประสานผ่านการกระจายตัวที่ดีเยี่ยมและโดยการส่งเสริมการเกิดไฮเดรชั่นของอนุภาค CAC อย่างสมบูรณ์ งานอื่นๆ ได้สำรวจการใช้ฟอสเฟตเพื่อควบคุมการเกิดไฮเดรชั่นของ CAC ซึ่งเป็นการยับยั้งการก่อตัวของเฟสเมตาเสถียรที่อาจกระทบต่อเสถียรภาพในระยะยาว
อย่างไรก็ตาม คำถามพื้นฐานยังคงมีอยู่เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของ SHMP กับ CAC บริสุทธิ์: ปัจจัยใดบ้างที่ควบคุมการดูดซับบนอนุภาคซีเมนต์? มันบรรลุการลดน้ำได้อย่างไร? การเกิดไฮเดรชั่นมีความแตกต่างกันอย่างไรตามปริมาณ SHMP? การตอบคำถามเหล่านี้ต้องตรวจสอบพารามิเตอร์หลายตัว:
- การวัดศักยภาพซีตาเพื่อประเมินประจุพื้นผิวของอนุภาค
- การวัดปริมาณการดูดซับ SHMP
- การติดตามความเข้มข้นของไอออนฟอสฟอรัสและแคลเซียม
- การประเมินคุณสมบัติทางรีโอโลจี
ในฐานะแอนไอออนหลายวาเลนซ์ พฤติกรรมการดูดซับพื้นผิวของ SHMP จะกำหนดประสิทธิภาพการกระจายตัว ปัจจัยที่มีอิทธิพลหลัก ได้แก่:
- ความเข้มข้น: การดูดซับเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของ SHMP จนถึงจุดอิ่มตัว
- คุณสมบัติพื้นผิว: ประจุอนุภาคซีเมนต์ ความขรุขระ และองค์ประกอบมีผลต่อการดูดซับ
- ค่า pH: มีอิทธิพลต่อการแยกตัวของ SHMP และลักษณะประจุพื้นผิว
- อุณหภูมิ: ส่งผลกระทบต่อจลนพลศาสตร์การดูดซับและสมดุล
SHMP จับตัวกันผ่านทั้งแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตไปยังตำแหน่งพื้นผิวที่เป็นบวกและการประสานงานที่เป็นไปได้กับไอออนของโลหะ
SHMP ออกแรงส่งผลกระทบที่ซับซ้อนต่อการเกิดไฮเดรชั่นของ CAC ทั้งการหน่วงและอาจส่งเสริมบางแง่มุม:
- สร้างคอมเพล็กซ์ที่ละลายน้ำได้กับ Ca 2+ , ยับยั้งการตกตะกอนของไฮเดรต
- ปรับเปลี่ยนสัณฐานวิทยาของไฮเดรต ยับยั้งการก่อตัวของแผ่นหกเหลี่ยมเพื่อสนับสนุนเจลที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น
- เปลี่ยนแปลงอัตราการแพร่กระจายของไอออนผ่านผลกระทบจากการดูดซับ
SHMP ช่วยเพิ่มการทำงานผ่านกลไกหลายอย่าง:
- กระจายอนุภาคผ่านแรงผลักไฟฟ้าสถิตที่เพิ่มขึ้น
- ลดความเค้นครากโดยการทำลายโครงสร้างที่รวมตัวกัน
- ปรับเปลี่ยนทิกโซโทรปีเพื่อลักษณะการวางตำแหน่งที่ดีขึ้น
ในขณะที่ SHMP ได้พิสูจน์แล้วว่ามีคุณค่าสำหรับคอนกรีตหล่อทนไฟ มีโอกาสที่จะพัฒนาทางเลือกที่ดีขึ้นและขยายการใช้งาน เส้นทางวิจัยที่เป็นไปได้ ได้แก่:
- การพัฒนาซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์ CAC รุ่นต่อไปที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น
- การตรวจสอบการทำงานร่วมกันของ SHMP กับสารผสมอื่นๆ
- การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายพฤติกรรมของ SHMP
- การสำรวจการใช้งาน SHMP ในระบบซีเมนต์อื่นๆ
การวิจัยอย่างต่อเนื่องจะช่วยให้เข้าใจกลไกของ SHMP ได้ดีขึ้น และช่วยให้สามารถปรับปรุงวัสดุทนไฟสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่ต้องการมากขึ้นเรื่อยๆ