با توجه به رشد و تغییراتی که در بازار مصرف دیرگدازها رخ می‌دهد و همچنین کاهش منابع طبیعی، صنعت تولید دیرگدازها نیازمند ایجاد تغییراتی در خواص محصولات خود است. این تغییرات اغلب با بهره‌گیری از افزودنی‌ها به دست می‌آید که اساساً خواصی متفاوت نسبت به مواد اولیه دیرگداز را دارند. در این صنعت، استفاده از افزودنی‌ها به‌منظور بهبود خواص دیرگداز از مواد اصلی کمتری استفاده می‌شود، اما برای تکمیل و بهبود خواص اساسی دیرگداز حائز اهمیت است.
در این مقاله، ابتدا به بررسی مصرف و مکانیزم عمل افزودنی‌ها در مواد می‌پردازیم. در ادامه، به کاربرد این افزودنی‌ها در دیرگدازها خواهیم پرداخت و نحوه‌ی ایجاد تغییرات در خواص فیزیکی و مکانیکی دیرگداز را بررسی می‌کنیم.
به طور کلی، تولیدکنندگان مواد نسوز با انتظار از افزودن ترکیبات اضافی به مواد اولیه، بهبود خواص دیرگداز را می‌پیش‌بینی می‌کنند، و همین امر برای مواد ویژه نیز صدق می‌کند.
۱ – ۱. ملات‌ها:
ملات‌ها معمولاً نقش کمتری در ساختار لایه‌های نسوز ایفا می‌کنند، اما انتظاراتی از آنها مانند سیالیت و چسبندگی داریم. افزودنی‌های معمول برای ایجاد چسبندگی در شرایط سرد شامل سیلیکات سدیم مایع یا جامد است که در شرایط گرم هم به یکپارچگی لایه نسوز کمک می‌کند. این افزودنی ممکن است خواص حرارتی ملات را کاهش دهد؛ بنابراین در برخی موارد از افزودنی‌های فسفاته استفاده می‌شود. برای افزودنی‌های روان‌سازی، از موادی استفاده می‌شود که در حین کاربرد به طور موقت آب را در خود ذخیره کرده و از خشک شدن سطحی جلوگیری می‌کنند.
۲ – ۱. جرم‌های پاششی و کوبیدنی منیزیتی:
در جرم‌های پاششی و کوبیدنی منیزیتی، خواص حرارتی ثانویه اهمیت بیشتری دارند. بنابراین، تنها چسبندگی اولیه مورد توجه قرار می‌گیرد و از چسب‌های سیلیکاتی و فسفاتی استفاده می‌شود. برای ایجاد چسبندگی در حرارت، از رزین‌هایی با خواص گیرش در حرارت استفاده می‌شود.
۳ – ۱. جرم‌های ریختنی:
جرم‌های ریختنی دارای گستره وسیع‌تری از خواص مورد انتظار هستند. این جرم‌ها شامل جرم‌های ریختنی معمولی (RCC- Castables Cement Regular)، سیمان کم (Low Cement Castables- LCC) و سیمان کم خیلی کم (Ultra Low Cement Castables- ULCC)، و بدون سیمان (NCC- Castables Cement No Cement) هستند. این جرم‌ها با استفاده از افزودنی‌های قابل تبدیل به جرم‌های روان (SFC- Castables Flow Self) تولید می‌شوند. در بخش‌های بعدی به بررسی افزودنی‌ها و خواص حاصل از آنها در جرم‌های ریختنی پرداخته خواهد شد.
برخی از خواص جرم‌های ریختنی تحت تأثیر نوع و عملکرد سیمان قرار می‌گیرند. بنابراین، تأثیر شیمیایی بر روی هیدراتاسیون سیمان می‌تواند به رویدادهای زیر منجر شود:
۱. تاخیر در گیرش
۲. تسریع در گیرش
۳. شکل‌پذیری و سهولت جرم‌ریزی
۴. میزان سخت شدن
۵. روانی
بعضی از افزودنی‌ها با تأثیر بر خواص فیزیکی سیمان، خصوصیات جدیدی در جرم‌های ریختنی به وجود می‌آورند که این خصوصیات به شرح زیر است:
۱. شکل‌پذیری عالی: پراکندگی ذرات، جلوگیری از انعقاد و تشکیل توده (کاهش پراکندگی ذرات منجر به بافت یکپارچه‌تر در جرم می‌شود)
۲. عامل جذب هوا: تثبیت حباب‌های کوچک هوا و انعطاف‌پذیری جرم در برابر تنش‌های ترمومکانیکی (حفرات ریزبسته و بسیار مفیدند)
۳. جلوگیری از کف کردن: کاهش کشش سطحی منجر به از بین بردن پایداری حباب‌ها (کف کردن منجر به ایجاد حفرات درشت باز می‌کنند که مضر هستند)
۴. پف‌کردن (سلولز و…): افزایش ویسکوزیته (مواد سلولزی و جاذب آب باعث حفظ آب در مراحل جرم‌ریزی و پس‌دادن آن در زمان سخت‌شدن اولیه می‌شود)
با توجه به سرعت و سهولت نصب جرم‌های مونولیتیک، استفاده از این دیرگدازها روزافزون در حال افزایش است. خصوصیات تسریع در گیرش، تاخیر در گیرش، و پراکندگی و سیالیت بیشتر از سایر خواص مورد توجه بوده و در بروز خواص ثانویه جرم‌های ریختنی نقش اساسی دارند.
در جدول زیر، برخی از انواع افزودنی‌های مورد استفاده در جرم‌های ریختنی آورده شده است:
1. اسیدهای کربوکسیلیک: این تاخیردهنده‌ها اغلب شامل اسیدهای کربوکسیلیک با اندازه ملکولی کوچک مانند سدیم سیترات، اسید سیتریک و گلوکونات سدیم می‌باشند. مکانیزم عمل آنها از طریق تأخیر انجام هیدراتاسیون CAC است.
2. اسیدهای یک‌عاملی: اسید فرمیک اشباع (CH202)
3. اسیدهای دارای دو گروه کربوکسیلیک: اسید تارتاریک (CO2H) .OH (CH) .OH (CH.CO2H)
4. اسیدهای چندعاملی: سیتریک اسید (CO2H.CH2.C (OH)(CO2H).CH2 CO2H)
معمولاً از ترکیبات نمک اسیدهای مذکور استفاده می‌شود. مکانیسم عمل تاخیردهنده‌ها بر اساس کند شدن واکنش هیدراتاسیون سیمان است. افزایش زمان گیرش منجر به افزایش میزان رسوبات حجیم می‌شود، واکنش‌های انحلال سیمان با ایجاد یک فیلم (ژل حاوی سیترات، کلسیم و آلومینیوم) بر روی سطح دانه‌ها به تأخیر می‌افتند.
۱. تراکم فوق‌العاده: با تراکم بالا و تخلخل بسیار پایین در ساختار جرم، خواص ترمومکانیکی بهبود می‌یابد و خوردگی و سایش به طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
۲. پرکننده‌های فعال ماتریکس: این افزودنی‌ها باعث کاهش مصرف سیمان، بهبود قابلیت ریختن جرم بدون نیاز به ویبره شدید و بهبود خواص مکانیکی جرم می‌شوند.
مکانیزم عمل افزودنی‌های ضدانعقاد، که معمولاً با استفاده از پرکننده‌های مناسب مانند میکروسیلیکا یا راکتیو آلومینا صورت می‌گیرد، به دو شکل زیر است:
1. ایجاد نیروی الکترواستاتیک بین ذرات به دلیل فعالیت یونی و PH محلول (استفاده از افزودنی‌های فسفاته).
۲. ایجاد مزاحمت فضایی ناشی از شکل فضایی افزودنی (استفاده از پلی‌اکریلات‌ها، سولفونات‌ها، نفتالین و ملامین سولفونات‌ها). این ویژگی بیشتر در ساختارهای شیمیایی با پرشاخه‌تر بیان می‌شود.
