[ 應用實例 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、焦磷酸鈉及復合減水劑對粘土可塑成型坯料的減水效果的影響。結果表明：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、建筑材料等生產中重要的可塑性原料，粘土的加入有利于坯料成型的同時，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品開裂變形的主要原因之—。
在實際生產過程巾，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：改善泥漿的流動性，使其在低水分下粘度適當便于澆注；助磨作用，縮短研磨時間，提高泥漿產量等。文獻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，降低產品開裂變形缺陷，進而提高成品率，增加效益．對可塑成型的實際生產有重要的意義。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。確定了復合減水劑的最佳配方，同時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，研究結果對粘土可塑成型的實際生產具有一定的指導意義。
2 實驗
2.1 實驗材料
實驗原料：粘土，來自廣東某地，主要化學成分 (%) ： 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 。
實驗藥品： Na2 CO3 ； Na2 SiO3 (Na2 O19.3 ％～ 22.8 ％ ) ； (NaPO3 )6 ； Na4 P2 O7 · 10H2 O 。
2.2 實驗過程
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，逐滴加入配制好的減水劑溶液，根據前期試驗結果，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果見表 1 。復合減水劑的組成及減水效果見表 2 。
3 結果與討論
3.1 減水劑的作用機理
無機酸的鈉鹽和粘土泥漿中的絮凝離子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 進行交換，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 + 使擴散增大、水化膜加厚，使外加水減少。此外，加入這類電解質會使泥漿變成堿性，使顆粒帶負電荷，除中和正電荷外，剩余負電荷使顆粒間相互斥力加大， Zeta 電位增高，促進泥漿稀釋。
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 |
|
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：括號內數字為表 1 中單一減水劑的序號
若粘土中含有機物質，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 主要使有機物質膠體離解，離解后的 Na + 和 COO — 均能使泥漿解凝。
2R — COOH( 有機腐殖質 )+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 + 進行陽離子交換，聚合的 SiO 還能和有機陰離子一樣．部分與粘土吸附 Ca 2+ 、 Mg 2+ 形成穩定的絡合物，部分吸附在粘土顆粒斷裂的界面上，加強膠粒的凈電荷。
在粘土中加入六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等磷酸鹽電解質后，均會電解出一定量的 Na+ 和聚合陰離子， Na + 和粘土表面的 Ca 2+ 發生離子交換，由于水化鈉離子的介入，增加了擴散層的厚度，提高了粘土顆粒的 Zeta 電位，同時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—面結合形成的“卡片結構”，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于其他幾種鈉鹽，主要由于減水劑中陰離子除了有結合 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為：
OH ＞ CO ＞ P 2 O ＞ PO ＞ I － ＞ B r － ＞ Cl － ＞ NO ＞ F － ＞ SO
由上述順序可以看出， CO 置換和吸附能力強于其他陰離子，更易置換出有機質的陰離子，解離出來的有機離子更易吸附于粘土粒子表面，形成憎水基團，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 復合減水劑對粘土含水量的影響
由表 2 復合減水劑的加入對粘土的塑限含水率的影響可以看出，復合減水劑的減水效果總體效果要優于單一減水劑，兩種減水劑復合的效果來看， 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配作用不突出，普遍的規律是含有碳酸鈉的復合減水劑的減水效果要好，這與粘土中陰離子的作用有關。
復配減水劑對粘土的作用較復雜，減水劑中大量聚合陰離子在粘土顆粒的邊上發生吸附和健合。中和粘土顆粒的正電荷或增大負電性，使其與減水劑中水化能力較強的 Na + 構成擴大雙電層，從而有效地增加了膠體的穩定性，降低了泥漿粘度，同時粘土“卡片結構”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 結論
復合減水劑對粘土的減水效果整體上優于單一減水劑，最佳的復配為碳酸鈉與焦磷酸鈉，減水可達 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。
