Trong nhiệt độ cực cao của lò nung và lò nung công nghiệp, một số vật liệu đứng vững trước sự tấn công nhiệt không ngừng. Đây không phải là khoa học viễn tưởng mà là thực tế của các vật liệu đúc chịu lửa hiệu suất cao. Trong khi xi măng aluminat canxi chất lượng cao tạo thành nền tảng của chúng, một thành phần quan trọng khác hoạt động đằng sau hậu trường: natri hexametaphotphat (SHMP).
Trong thế giới bê tông, các chất phụ gia đóng một vai trò quan trọng như những nhà pha chế bậc thầy, cân bằng cẩn thận các công thức để tạo ra các đặc tính chuyên biệt. Trong số này, các chất giảm nước tầm cao (hoặc chất siêu dẻo) đặc biệt đáng chú ý vì khả năng giảm đáng kể hàm lượng nước mà không ảnh hưởng đến khả năng làm việc. Các hợp chất polyme hữu cơ này có nhiều dạng khác nhau, bao gồm gốc naphtalen, gốc melamine, lignosulfonat và các hợp chất tự nhiên như glucose, sucrose và hydroxycarboxylat hữu cơ.
Cơ chế của chất giảm nước rất đơn giản. Là các chất hoạt động bề mặt anion, chúng phân ly trong nước để giải phóng các ion tích điện âm hấp phụ lên các hạt xi măng. Điều này tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt đồng thời tạo thành một lớp hydrat hóa làm giảm sức căng bề mặt của nước. Hiệu ứng kết hợp phá vỡ sự kết tụ của xi măng, giải phóng nước bị mắc kẹt và cho phép giảm nước đáng kể mà không ảnh hưởng đến độ lỏng.
Ngoài việc cải thiện khả năng làm việc, các chất phụ gia này còn tăng cường cấu trúc vi mô của bê tông bằng cách tạo thành các lớp màng bảo vệ trên các hạt xi măng. Điều này điều chỉnh tốc độ hydrat hóa, thúc đẩy sự phát triển tinh thể tốt hơn, giảm độ xốp mao dẫn do bay hơi nước và cuối cùng tạo ra các cấu trúc xi măng cứng hơn, chắc hơn.
Trong khi chất siêu dẻo polycarboxylate ether (PCE) và lignosulfonate hoạt động tốt cho xi măng Portland thông thường, các vật liệu đúc chịu lửa sử dụng xi măng aluminat canxi (CAC) làm chất kết dính đòi hỏi các giải pháp khác nhau — thường là SHMP hoặc natri tripolyphosphate (STP). Độ bền sớm cao, khả năng chịu nhiệt đặc biệt và khả năng chống mài mòn của CAC khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng chịu lửa.
SHMP chứng tỏ đặc biệt hiệu quả như một chất siêu dẻo cho các vật liệu đúc gốc CAC có chứa 2-8% silica. Cấu trúc chuỗi dài của nó đảm bảo các đặc tính dòng chảy thích hợp để đúc đồng thời thúc đẩy các lớp lót đặc, có độ xốp thấp với độ bền cơ học cao.
Nghiên cứu gần đây đã làm sáng tỏ hành vi của SHMP trong các hệ thống khác nhau. Các nghiên cứu chứng minh khả năng tăng cường độ lỏng của chất kết dính thông qua sự phân tán tuyệt vời và bằng cách thúc đẩy quá trình hydrat hóa hạt CAC hoàn toàn. Các công trình khác đã khám phá việc sử dụng phosphat để kiểm soát quá trình hydrat hóa CAC, ngăn chặn sự hình thành pha không ổn định có thể ảnh hưởng đến độ ổn định lâu dài.
Tuy nhiên, những câu hỏi cơ bản vẫn còn về sự tương tác của SHMP với CAC tinh khiết: Những yếu tố nào chi phối sự hấp phụ của nó trên các hạt xi măng? Chính xác thì nó đạt được sự giảm nước như thế nào? Quá trình hydrat hóa thay đổi như thế nào theo liều lượng SHMP? Để giải quyết những câu hỏi này, cần phải xem xét nhiều thông số:
- Đo thế zeta để đánh giá điện tích bề mặt hạt
- Định lượng hấp phụ SHMP
- Theo dõi nồng độ ion phốt pho và canxi
- Đánh giá tính chất lưu biến
Là một anion đa hóa trị, hành vi hấp phụ bề mặt của SHMP quyết định hiệu quả phân tán của nó. Các yếu tố ảnh hưởng chính bao gồm:
- Nồng độ: Sự hấp phụ tăng lên theo nồng độ SHMP cho đến một điểm bão hòa
- Tính chất bề mặt: Điện tích hạt xi măng, độ nhám và thành phần ảnh hưởng đến sự hấp phụ
- pH: Ảnh hưởng đến sự phân ly SHMP và đặc tính điện tích bề mặt
- Nhiệt độ: Tác động đến động học và cân bằng hấp phụ
SHMP liên kết thông qua cả lực hút tĩnh điện với các vị trí bề mặt dương và sự phối hợp tiềm năng với các ion kim loại.
SHMP tạo ra các hiệu ứng phức tạp đối với quá trình hydrat hóa CAC, vừa làm chậm lại vừa có khả năng thúc đẩy một số khía cạnh nhất định:
- Tạo thành các phức chất hòa tan với Ca 2+ , ức chế sự kết tủa hydrat
- Thay đổi hình thái hydrat, ngăn chặn sự hình thành tấm lục giác để tạo ra các gel đặc hơn
- Thay đổi tốc độ khuếch tán ion thông qua các hiệu ứng hấp phụ
SHMP cải thiện khả năng làm việc thông qua nhiều cơ chế:
- Phân tán các hạt thông qua sự tăng cường lực đẩy tĩnh điện
- Giảm ứng suất chảy bằng cách phá vỡ các cấu trúc tạo bông
- Thay đổi tính thixotropy để có các đặc tính đặt tốt hơn
Trong khi SHMP đã chứng minh giá trị đối với các vật liệu đúc chịu lửa, vẫn có những cơ hội để phát triển các giải pháp thay thế được cải thiện và mở rộng các ứng dụng. Các hướng nghiên cứu tiềm năng bao gồm:
- Phát triển các chất siêu dẻo CAC thế hệ tiếp theo với hiệu suất được cải thiện
- Nghiên cứu sự hiệp đồng của SHMP với các chất phụ gia khác
- Tạo ra các mô hình toán học để dự đoán hành vi của SHMP
- Khám phá các ứng dụng SHMP trong các hệ thống xi măng khác
Nghiên cứu liên tục sẽ làm sáng tỏ hơn nữa các cơ chế của SHMP và cho phép tối ưu hóa các vật liệu chịu lửa cho các ứng dụng công nghiệp ngày càng khắt khe.