由于煙氣氧化冷凝制得的二氧化硅微粉呈球形結(jié)構(gòu)、粒徑小而常被用于澆注料中以增加流動(dòng)性。二氧化硅微粉的類(lèi)型、成分和粒度等特性以及不同分散劑的選用會(huì)對(duì)其漿料的流變性能產(chǎn)生較大影響。本工作采用同軸圓筒式流變儀測(cè)試了體積分?jǐn)?shù)為30%二氧化硅微粉漿料的流變性能,并利用Herschel-Bulkey模型對(duì)漿料的流變曲線進(jìn)行擬合,分析了二氧化硅微粉自身特性對(duì)流變性的影響,以及不同分散劑對(duì)二氧化硅微粉漿料屈服應(yīng)力、表觀粘度以及流變指數(shù)等的影響。結(jié)果表明,含鋯二氧化硅微粉的pH值偏酸性,普通二氧化硅微粉的pH值偏弱堿性,實(shí)驗(yàn)所用三種分散劑均能降低漿料的粘度值。其中,含鋯二氧化硅微粉因?yàn)閆rO₂的表面積較大,易與SiO₂表面之間發(fā)生摩擦從而發(fā)生團(tuán)聚,導(dǎo)致其粒徑更大,因此,在加水量一定時(shí)漿料中流動(dòng)的自由水含量更多,粘度更低。對(duì)于呈酸性的含鋯二氧化硅微粉而言,加入氧化鋁為載體的聚羧酸鹽型分散劑后其漿料稠度系數(shù)K與屈服應(yīng)力值τy顯著減小;偏弱堿性的普通二氧化硅微粉在加入聚乙二醇基分散劑后其漿料稠度系數(shù)K與屈服應(yīng)力值τy最小,這類(lèi)分散劑更適合用于普通二氧化硅微粉體系;以鋁... 

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二氧化硅微粉的Zeta電位隨pH值的變化

?呈酸性。表2二氧化硅微粉飽和溶液pH值Tab.2pHvaluesofthesaturatedsilicafumesolutions樣品ABCDpH值7.047.023.763.53二氧化硅微粉的Zeta電位隨pH值變化結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，四種二氧化硅微粉在漿料中均呈負(fù)電性，普通二氧化硅微粉A與B在pH值為8-10之間分散穩(wěn)定，其飽和水溶液的pH值也比較接近此范圍，而含鋯二氧化硅微粉在pH值為7-11基本穩(wěn)定，其飽和水溶液的pH值顯酸性，從Zeta電位的角度分析，在酸性條件下pH值的改變對(duì)含鋯二氧化硅微粉的分散效果影響較大。2.2二氧化硅微粉的粒度分布圖2為二氧化硅微粉的累積粒度分布曲線。由圖可見(jiàn)，普通和含鋯兩類(lèi)粉末的粒度差異很大。表3為四種二氧化硅微粉的粒度分析結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出，普通二氧化硅微粉A與B的中位徑D50比較接近且相較于含鋯二氧化硅微粉更校較小的粒徑對(duì)應(yīng)更大的比表面積，因此，團(tuán)聚導(dǎo)致其D90的值較大。含鋯二氧化硅微粉C與D的中位徑D50相較于普通二氧化硅微粉更大且D>C。粒徑小的顆粒由于其比表面積大容易吸附更多的水，從而對(duì)漿料的流動(dòng)性產(chǎn)生影響。圖1二氧化硅微粉的Zeta電位隨pH值的變化Fig.1ZetapotentialofthesilicafumeasafunctionofpHvalue圖2二氧化硅微粉的累積粒度分布曲線Fig.2Cumulativeparticlesizedistributioncurvesofthesilicafume表3二氧化硅微粉的粒度分析結(jié)果Tab.3ParticlesizesofthesilicapowdersSilicafumeD10(μm)D50(μm)D90(μm)A0.1760.39613.634B0.1720.36514.566C0.3361.0132.755D0.5161.3893.2652.3二氧化硅微粉的物相和形貌分析為了探究其中氧化鋯的存在形式，對(duì)二氧化硅微粉C與D進(jìn)行了XRD的衍射分析(如圖3)。與普通二氧化硅微粉一樣，其SiO

第41卷第5期王超等：分散劑對(duì)二氧化硅微粉漿料流變性的影響·681·圖3含鋯二氧化硅微粉XRD圖譜Fig.3XRDpatternsofthezirconia-containingsilicafume圖4和圖5(a)分別為普通二氧化硅微粉B和含鋯二氧化硅微粉C的TEM圖。如圖4所示，SiO2微粉由于其粒徑小，比表面積大呈球形結(jié)構(gòu)，大多是在顆粒間作用力的作用下形成團(tuán)聚體，且這種團(tuán)聚體的微粉顆粒能夠通過(guò)表面的-OH產(chǎn)生氫鍵相互結(jié)合，形成顆粒簇(如圖4中虛線框所示)，從而進(jìn)一步形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21]。從圖5(a)可以看出，含鋯二氧化硅微粉C除了具有普通二氧化硅微粉的特征外，部分球形顆粒還包含有細(xì)小顆粒的聚集(箭頭所指)。結(jié)合能譜儀分析(圖5(b))，這些細(xì)小顆粒為氧化鋯。2.4二氧化硅微粉漿料的流變性分析圖6為四種體積分?jǐn)?shù)為30%的二氧化硅微粉漿料的表觀粘度(η)與剪切速率(τ)的對(duì)數(shù)變化曲線。從圖中可以看出，隨著剪切速率的增大，四種漿料均呈現(xiàn)出剪切變稀的趨勢(shì)。SiO2顆粒在空氣中會(huì)在范德華力的作用下團(tuán)聚在一起，將粉料分散在水溶液中時(shí)，團(tuán)聚體并不會(huì)因?yàn)轭w粒與水圖4普通二氧化硅微粉B的TEM圖Fig.4TEMimageofcommonsilicafumeB圖5含鋯二氧化硅微粉C的TEM圖(a)和EDS圖譜(b)Fig.5TEMimage(a)andEDSpattern(b)oftheZrO2-containingsilicafumeC圖6未加入分散劑的不同二氧化硅微粉漿料粘度測(cè)試Fig.6Viscositiesofthesilicafumeslurrieswithoutdispersant分子間的作用力而解聚，只有漿料在一定剪切速率下獲得剪切應(yīng)力后，漿料中團(tuán)聚體間的微弱作用力被破壞，釋放出更多自由水使得流動(dòng)的自由水增多，才導(dǎo)致了二氧化硅微粉漿料的剪切變稀現(xiàn)象[22]。在較小剪切速率下其粘度值按從大到小順序排列為：B>A>C>D，這一結(jié)?

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