[ 應(yīng)用實(shí)例 1]
減水劑對粘土可塑成型坯料的減水效果
碳酸鈉、硅酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉及復(fù)合減水劑對粘土可塑成型坯料的減水效果的影響。結(jié)果表明：減水劑的添加降低了粘土坯料的塑限含水率，碳酸鈉與焦磷酸鈉復(fù)合的減水劑減水效果最好，單一減水劑中碳酸鈉的減水效果最佳，利用測試泥坯塑限含水率的方法檢驗(yàn)減水效果可以取得良好的對比效果。
1 前言
粘土礦物是陶瓷、建筑材料等生產(chǎn)中重要的可塑性原料，粘土的加入有利于坯料成型的同時(shí)，往往伴隨著含水量升高，干燥成本增加，干燥收縮大，是可塑成型中引起產(chǎn)品開裂變形的主要原因之—。
在實(shí)際生產(chǎn)過程巾，為了使坯料能適合成型及以后各工序的要求，常向坯料加入減水劑，其主要作用有：改善泥漿的流動(dòng)性，使其在低水分下粘度適當(dāng)便于澆注；助磨作用，縮短研磨時(shí)間，提高泥漿產(chǎn)量等。文獻(xiàn)大多研究添加劑的對漿料的減水、稀釋效果，而對粘土可塑成型坯料的影響研究較少，可塑成型坯料含水量減少，不僅有利于成型、減少用水、降低干燥能耗．還能減少干燥收縮，降低產(chǎn)品開裂變形缺陷，進(jìn)而提高成品率，增加效益．對可塑成型的實(shí)際生產(chǎn)有重要的意義。本文通過向粘土中添加碳酸鈉、硅酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉及復(fù)合減水劑，測試了各種減水劑對粘土坯料的減水效果。確定了復(fù)合減水劑的最佳配方，同時(shí)證明利用測試泥坯塑限含水率的方法可以有效表征減水效果，且方法簡單，用料少，研究結(jié)果對粘土可塑成型的實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)原料：粘土，來自廣東某地，主要化學(xué)成分 (%) ： A12 O3 ， 26.36 ； SiO2 ， 58.68 ； Fe2 O3 ， 0.12 ； CaO ， 0.44 ； MgO ， 0.09 ； K2 O 、 Na2 O ， 8.41 ；灼減， 6.42 。
實(shí)驗(yàn)藥品： Na2 CO3 ； Na2 SiO3 (Na2 O19.3 ％～ 22.8 ％ ) ； (NaPO3 )6 ； Na4 P2 O7 · 10H2 O 。
2.2 實(shí)驗(yàn)過程
將粘土球磨24h ，烘干，過篩備用。稱取一定量的粘土于燒杯中，加入水至微微流動(dòng)，逐滴加入配制好的減水劑溶液，根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，減水劑的加入量按干粘土比重的 0.3%添加，放入烘箱烘至泥團(tuán)狀，捏練至不粘手，陳腐24h 。用手搓法測泥坯塑限的方法測試泥團(tuán)塑限含水量，用來表征減水效果。單一減水劑對粘土塑限含水率的影響結(jié)果見表 1 。復(fù)合減水劑的組成及減水效果見表 2 。
3 結(jié)果與討論
3.1 減水劑的作用機(jī)理
無機(jī)酸的鈉鹽和粘土泥漿中的絮凝離子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 進(jìn)行交換，生成不溶性或溶解度極小的鹽類，將 Ca 2+ 、 Mg 2+ 原來吸附的水膜釋放出成自由水；水化度大的 Na + 使擴(kuò)散增大、水化膜加厚，使外加水減少。此外，加入這類電解質(zhì)會(huì)使泥漿變成堿性，使顆粒帶負(fù)電荷，除中和正電荷外，剩余負(fù)電荷使顆粒間相互斥力加大， Zeta 電位增高，促進(jìn)泥漿稀釋。
表 1 單一減水劑對粘土塑限含水率的影響
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序號 |
減水劑（ 0.3wt% ） |
塑限含水率 (wt%) |
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1 |
未加 |
20.5 |
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2 |
Na 2 CO 3 |
18.8 |
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3 |
Na 2 SiO 3 |
19.2 |
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4 |
(NaPO 3 ) 6 |
19.5 |
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5 |
Na 4 P 2 O 7 ·10H 2 O |
19.0 |
表 2 減水劑復(fù)配對粘土塑限含水率的影響
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序號 |
減水劑（ 0.3% ）組成 |
塑限含水率 (wt%) |
|
6 |
（ 2 ）（ 3 ） |
19.0 |
|
7 |
（ 2 ）（ 4 ） |
18.7 |
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8 |
（ 2 ）（ 5 ） |
18.0 |
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9 |
（ 3 ）（ 4 ） |
18.6 |
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10 |
（ 3 ）（ 5 ） |
19.2 |
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11 |
（ 4 ）（ 5 ） |
19.2 |
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12 |
（ 2 ）（ 3 ）（ 4 ） |
18.7 |
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13 |
（ 2 ）（ 3 ）（ 5 ） |
18.9 |
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14 |
（ 2 ）（ 4 ）（ 5 ） |
18.7 |
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15 |
（ 3 ）（ 4 ）（ 5 ） |
19.4 |
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16 |
（ 2 ）（ 3 ）（ 4 ）（ 5 ） |
18.9 |
注：括號內(nèi)數(shù)字為表 1 中單一減水劑的序號
若粘土中含有機(jī)物質(zhì)，采用 Na 2 CO 3 、 Na 2 SiO 3 ，均可使它解凝，但二者的作用不盡相同。 Na 2 CO 3 主要使有機(jī)物質(zhì)膠體離解，離解后的 Na + 和 COO — 均能使泥漿解凝。
2R — COOH( 有機(jī)腐殖質(zhì) )+Na 2 CO 3 →
2 R － COONa+H 2 O+CO 2 ↑
R － COON a → RCO O － +N a ＋
Na 2 SO 3 除提供 Na + 進(jìn)行陽離子交換，聚合的 SiO 還能和有機(jī)陰離子一樣．部分與粘土吸附 Ca 2+ 、 Mg 2+ 形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，部分吸附在粘土顆粒斷裂的界面上，加強(qiáng)膠粒的凈電荷。
在粘土中加入六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等磷酸鹽電解質(zhì)后，均會(huì)電解出一定量的 Na+ 和聚合陰離子， Na + 和粘土表面的 Ca 2+ 發(fā)生離子交換，由于水化鈉離子的介入，增加了擴(kuò)散層的厚度，提高了粘土顆粒的 Zeta 電位，同時(shí)聚合陰離子可以部分的被帶正電荷的粘土顆粒端面所吸附，使粘土端面電荷改性，打破了粘土顆粒間的由于邊—面結(jié)合形成的“卡片結(jié)構(gòu)”，釋放出部分自由水，從而起到減水作用。
3.2 單一減水劑對粘土的減水效果研究
從表 1 可以看出：各減水劑的加入均可以起到減水效果，原因是 Na ＋ 和粘土中的 Ca 2+ 、 Mg 2+ 離子進(jìn)行交換，生成不溶性或溶解度極小的鹽類．將 Ca2 + 、 Mg 2+ 原來吸附的水膜釋放出成自由水，起到減水效果。
幾種減水劑減水效果對比來看． Na 2 CO 3 對粘土的減水效果要優(yōu)于其他幾種鈉鹽，主要由于減水劑中陰離子除了有結(jié)合 Ca 2+ 、 Mg 2+ 離子能力外，能吸附在粘土粒子的表面，陰離子的吸附能力和置換順序?yàn)椋?
OH ＞ CO ＞ P 2 O ＞ PO ＞ I － ＞ B r － ＞ Cl － ＞ NO ＞ F － ＞ SO
由上述順序可以看出， CO 置換和吸附能力強(qiáng)于其他陰離子，更易置換出有機(jī)質(zhì)的陰離子，解離出來的有機(jī)離子更易吸附于粘土粒子表面，形成憎水基團(tuán)，起到減水的作用。因此，各減水劑的減水效果不盡相同，減水效果順序基本和上述陰離子置換能力順序一致。
3.3 復(fù)合減水劑對粘土含水量的影響
由表 2 復(fù)合減水劑的加入對粘土的塑限含水率的影響可以看出，復(fù)合減水劑的減水效果總體效果要優(yōu)于單一減水劑，兩種減水劑復(fù)合的效果來看， 8 號碳酸鈉與焦磷酸鈉的減水效果最顯著，三種以上的減水劑復(fù)配作用不突出，普遍的規(guī)律是含有碳酸鈉的復(fù)合減水劑的減水效果要好，這與粘土中陰離子的作用有關(guān)。
復(fù)配減水劑對粘土的作用較復(fù)雜，減水劑中大量聚合陰離子在粘土顆粒的邊上發(fā)生吸附和健合。中和粘土顆粒的正電荷或增大負(fù)電性，使其與減水劑中水化能力較強(qiáng)的 Na + 構(gòu)成擴(kuò)大雙電層，從而有效地增加了膠體的穩(wěn)定性，降低了泥漿粘度，同時(shí)粘土“卡片結(jié)構(gòu)”被破壞，顆粒充分分散。粘土顆粒外圍吸附水化膜增厚，多余的水分釋放出來，減少了加水量。
4 結(jié)論
復(fù)合減水劑對粘土的減水效果整體上優(yōu)于單一減水劑，最佳的復(fù)配為碳酸鈉與焦磷酸鈉，減水可達(dá) 2.5%；單一減水劑中， Na 2 CO 3 的效果最好。在陽離子相同的情況下，減水劑中陰離子的作用是減水效果存在差異的主要原因。利用測試塑限含水率的方法表征減水效果可以起到良好的對比效果。
