不定形耐火材料與燒成耐火材料相比，具有節(jié)約能源，整體性好，可靈活調整組成，生產(chǎn)效率高，綜合使用效果好等優(yōu)點，因此，發(fā)展十分迅速。在施工和使用過程中，要求不定形耐火材料特別是耐火澆注料和泵送料具有很好的流動性和盡可能少的用水量，借鑒混凝土行業(yè)的經(jīng)驗，減水劑作為一種重要的外加劑，在不定形耐火材料領域得到應用。
減水劑是一類在保持澆注料的流動值基本不變.的條件下能顯著降低攪拌用水量的物質，也稱降水劑、分散劑或塑化劑。減水劑在耐火澆注料中，尤其是在低水泥和超低水泥耐火澆注料中的作用是非常重要的。它不僅僅是簡單地降低耐火澆注料在施工過程中的加水量，而且在減少加水量的基礎上，還明顯地優(yōu)化了澆注料的施工性能。本文將從應用于耐火澆注料的減水劑的種類、作用機理、研究及應用現(xiàn)狀等方面對其進行簡要綜述，并對其在耐火澆注料中的發(fā)展前景進行了展望。
1減水劑的種類
減水劑種類很多，分類方法也很多。按主要官能團分有：磺酸類、羧酸類、磺酸一羧酸類;按化學組成分有：無機鹽類、萘系、蒽系、密胺樹脂系、木質素磺酸鹽系、脂肪族、氨基磺酸鹽系、聚羧酸鹽類;按作用原理分有：電解質類和表面活性劑類。
大多數(shù)的減水劑屬于陰離子表面活性劑。對于不同的材料體系，減水劑的使用效果并不相同，對一種體系適應良好的減水劑，可能對另一種體系完全不適應。木質素磺酸鹽是在耐火材料中應用最早的一種減水劑，后來又相繼開發(fā)了適合含硅微粉體系的三聚磷酸鈉和適合含氧化鋁微粉體系的六偏磷酸鈉。聚丙烯酸鈉、聚羧酸系、密胺樹脂系、萘系、氨基磺酸鹽系和脂肪族等，都被用作耐火材料的減水劑，近來還有文獻報道了聚羧酸系減水劑用在澆注料中對材料性能的影響。
2減水劑與不定形耐火材料的作用機理
目前應用廣泛的高效減水劑分子一般由疏水長鏈和帶負電的親水基兩部分組成。減水劑滲入到基質分散體系中，產(chǎn)生潤濕吸附作用，疏水鏈的一端吸附錨固于基質顆粒的表面，另一端則伸入溶液中，產(chǎn)生空間位阻作用;而帶負電的親水基在基質顆粒表面形成雙電層，產(chǎn)生靜電排斥作用，常見的帶負電的親水基團有一COO-和一SO3-。減水劑分子加到不定形耐火材料中，并不與基質顆粒發(fā)生物理或化學反應，而是靠改變顆粒的表面性質，起到分散的作用。其中主要就是靠顆粒間的靜電斥力和空間位阻力。
減水劑的作用效果示意圖
(1)靜電斥力。
不定形耐火材料中摻入減水劑后，減水劑分子定向吸附在基質顆粒表面，部分極性基團指向液相。由于親水極性基團的電離作用，使得基質顆粒表面帶上電性相同的電荷，并且電荷量隨減水劑濃度增大而增大直至飽和，從而使基質顆粒之間產(chǎn)生靜電斥力，使基質顆粒絮凝結構解體，顆粒相互分散，釋放出包裹于絮團中的自由水，從而有效地增大攪拌物的流動性。帶磺酸根(HSO3-)的離子型聚合物電解質減水劑，靜電斥力作用較強;帶羧酸根離子(COO-)的聚合物電解質減水劑，靜電斥力作用次之;帶羥基(一OH)和醚基(一O一)的非離子型表面活性減水劑，靜電斥力作用最小。
(2)空間位阻。
在氨基磺酸鹽和聚羧酸鹽減水劑中存在空間位阻作用。這類減水劑具有梳形分子結構，短主鏈，長側鏈。主鏈上有較多的活性基團，并且極性較強，側鏈上也帶有親水基團。主鏈吸附在基質顆粒的表面，一部分側鏈錨固在基質顆粒表面，剩余的伸展在水溶液中。在顆粒表面形成一定厚度的吸附層，當顆粒靠近時，吸附層開始重疊，即在顆粒之間產(chǎn)生斥力作用，重疊越多，斥力越大，這種力即是空間位阻作用力。另外，分子主鏈上較強的水化基團很容易與極性分子以氫鍵的形式締合，在顆粒表面形成一層穩(wěn)定的具有機械強度的溶劑化水膜，水膜的形成使顆粒潤濕并易于滑動，阻止了顆粒的相互聚結。減水劑的空間位阻作用見下圖。
減水劑的空間位阻作用
3減水劑在不定形耐火材料中的應用現(xiàn)狀
減水劑應用到耐火材料中來，主要就是為了減少用水量，提高流動性能，改善施工性能。目前的研究主要是集中在對基質和澆注料流變性的研究上。
三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、檸檬酸鈉等是在耐火材料中應用最早、最普遍的無機鹽減水劑。研究減水劑對剛玉質澆注料基質流變性的影響后認為，很少量的六偏磷酸鈉和檸檬酸鈉能使基質泥漿的黏度降低。曾報道三聚磷酸鈉和檸檬酸鈉對礬土基澆注料基質的流變性有明顯的改善;研究分散劑對氧化鋁微粉一水濃懸浮液的流變行為的影響，認為六偏磷酸鈉、磺化三聚氰胺、密胺樹脂減水劑都有利于改善懸浮液的流動性，但電解質類減水劑減小懸浮液的觸變曲線的觸變環(huán)，降低塑性。研究了三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和聚乙烯二醇對剛玉細粉一鋁酸鈣水泥一硅微粉和剛玉細粉一α-Al2O3微粉一鋁硅凝膠粉兩類剛玉質澆注料基質漿體流變特性的影響，在前者的混合漿體中三聚磷酸鈉和聚乙烯二醇的分散效果較好，在后者的混合漿體中六偏磷酸鈉的分散效果較好。
將密胺樹脂減水劑應用到高鋁水泥澆注料中，減水率高達為48.2%，澆注料的顯氣孔率降低4%，體積密度提高5.8%，烘干抗折強度和耐壓強度分別提高3倍多，中溫強度和高溫強度都大幅度提高，且澆注料的高溫性能沒有受到任何影響;而且將SiO2微粉與減水劑復合使用，顯著地降低了澆注料的用水量，改善了流動性，且澆注料的中溫強度不損失，一直保持著較高的耐壓強度。
不同聚合物電解質減水劑對高嶺土濃懸浮液泥漿穩(wěn)定性的影響。結果表明，帶有強酸性電解質產(chǎn)生活性基團的聚合物電解質比一般的聚合物電解質具有更好的分散穩(wěn)定性。
在2001年報道開發(fā)出的專門用作耐火材料的減水劑Castament FS20系列聚羧酸鹽減水劑，并把FS20與聚丙烯酸鈉對比，發(fā)現(xiàn)FS20對不同體系澆注料的流變性能的影響都有明顯的優(yōu)勢，并且對強度和線變化等物理性能也有明顯的改善。
不同側鏈長度的接枝共聚聚羧酸減水劑PCE，PCE對不定形耐火材料的影響主要有兩方面：一是對流變性能和硬化過程的影響;二是對強度的影響。PCE主鏈的電荷密度、側鏈長度、側鏈密度是影響這些性能的主要因素。
提出僅僅靠測量減水劑對基質濃懸浮液Zeta電位的影響來選取減水劑是不夠的，新一代的聚羧酸鹽類的減水劑的作用機理與以前的靜電斥力為主的聚電解質和無機電解質類減水劑有很大的不同，除了靜電斥力作用之外，空間位阻作用力也是很重要的因素。澆注料的流變性很大程度上決定于基質的流變性，用旋轉黏度計測量基質的剪切速率與剪切應力的流變曲線，可在一定程度上比較不同配方之間的相對流變性能。研究流變性往往從基質入手，省時、省力，然而也有學者提出僅僅靠基質的流變性不能全面考察澆注料的流變性能。要想從施工角度去研究澆注料的流變性，則必須從全組分人手，用流變儀測量澆注料的扭矩與轉速之間的關系曲線。近年來也有人把混凝土行業(yè)對觸變性的研究應用在澆注料中，它是澆注料在外力的作用下從無結構到有結構、從有結構到無結構相互轉換過程的表現(xiàn)，其結構的破壞和形成是時間的函數(shù)。
4減水劑在不定形耐火材料中的發(fā)展趨勢
目前不定形耐火材料發(fā)展的主要推動力就是超微粉技術和減水劑，要使超微粉得到均勻的分散，則必須依賴分散性能良好的減水劑，因此，減水劑對不定形耐火材料的發(fā)展有著至關重要的作用。從普通減水劑到高性能減水劑，從無機鹽到高分子減水劑，都已經(jīng)被廣泛應用到了不定形耐火材料領域。有時單一的減水劑并不能滿足澆注料性能的要求，復合減水劑對澆注料性能的改善效果要優(yōu)于單一減水劑。但是，耐火材料領域對減水劑復配技術的研究非常少，與混凝土行業(yè)相比，減水劑的復配技術還有待進一步發(fā)展。
盡管目前對于減水劑對不定形耐火材料影響方面的研究已經(jīng)非常多了，但是對其作用機理的研究僅僅報道了減水劑對鋁酸鹽水泥水化過程的影響;對于其他結合系統(tǒng)硬化過程的影響鮮有報道。新一代的梳形結構的聚羧酸鹽減水劑對澆注料性能的影響已經(jīng)被大量研究，但對于其作用機理方面的研究還很少。只有加強減水劑與耐火材料作用的理論方面研究，才能從理論的高度指導減水劑的應用。
