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不定形耐火材料结合方式的发展及优点分析

发布日期: 2020-10-30 09:14:27    阅读量(112)    作者:

结合与基质系统在很大程度上甚至绝对性地决定着耐火浇注料的施工、烘烤和使用性能。可以这么说,迄今所付出的一切努力都是为了两大目的:一是尽可能减少由结合物引入的杂质组分,即实现“纯净化”;二是最大限度地降低结合物的挥发和分解对结构造成的破坏作用,即实现“稳定化”。该趋势体现在传统的使用大量水泥的的水合结合己经先后被化学结合、水合+凝聚结合、使用了高纯度的水硬性结合物的改进型水合结合和凝聚结合所取代这一事实。

值得指出的是,若不将浇注料的结合体系与其材质和用途相联系,不顾结合剂用在什么系统,一味地争论如铝酸钙水泥和SiO2微粉孰好孰坏是不合理的。

凝聚结合已经成为最先进的一种结合方式,正在引起不定形耐火材料工作者和用户的关注。凝聚结合是指使具有或接近胶体粒子尺寸的微粒物质,依靠范德华力(包括氢键的吸引)发生凝聚而产生结合作用。

胶体类结合剂和超微粉与水构成的高浓度浆体在迟效促凝剂的作用下可产生这种结合。其主要优点是:

(1)由结合剂引入的杂质下降甚至没有杂质,导致高温性能改善,使用温度提高;

(2)不生成大量含结构水的水化产物,挥发和分解成份少,有利于材料受热后结构和强度的保持;

(3)超细粉的表面活性高,有利于提高低、中温的结合强度,降低烧结温度;

(4)超细粉充分分散后可填充更细小的空间,有利于减水、改善流动性和提高致密度。

无水泥浇注料中使用凝聚结合的一个成功实例是所谓MgO-SiO2-H2O结合。该结合由无定形SiO2微粉、MgO细粉和水相互作用而形成的具有很高结合强度的MgO-SiO2-H2O凝胶。在加热过程中,该结合体系在较大的温度范围内缓慢失水,伴随少许失重,从而使得浇注料在首次加热时有良好的抗爆裂性。

使用MgO-SiO2-H2O凝聚结合可以带来如下优点:

(1)由于结构中含有的结合水很少,分解作用很小,从而使得快速烘烤而不发生爆裂成为可能;

(2)可以避免由其他结合剂引入的杂质,如由水玻璃或聚磷酸钠引入的Na2O和由铝酸钙水泥引入的CaO。随着温度升高,SiO2和MgO可以发生反应生成高熔点相镁橄榄石(2MgO·SiO2,熔点1890℃);

(3)由于采用了SiO2微粉,浇注料具有很好的流动性和密实度。

在过去的30~40年里,整体浇注料的应用剧增,这类多功能混合料开辟了耐火材料产品使用的新天地。其中使用量大大提高的品种之一是低水泥浇注料。低水泥浇注料被广泛用在那些要求高耐火度、抗腐蚀及抗剥蚀的地方。低水泥浇注料气孔率低、组织均匀,在低温至中温范围内强度高,并且因其含CaO量低而提高了高温强度和抗腐蚀性。低水泥浇注料由于其在低水量时具有关键性细粉基质组成的合适的分布状态,充分发挥其性能。大量的研究结果表明,低含水量对浇注料性能十分重要,物料含水量的变化对其物理性能有直接影响。通过增加含水量来提高物料流动性的方法,实际上会对性能产生有害影响。许多实例表明:当水分超量0。5~1wt%时,其强度下降50%以上;并且在振动时,会导致物料的脱落和偏析。

据Roesel报导:铝酸钙水化产物CAH10,C2AH8,C3AH6、及AH3的稳定温度范围分别约为0~20℃,20~60℃,30~350℃及0~350℃。在200~350℃,AH3脱水转变成Al2O3,C3AH6转变成C12A7和CaO;在600~1000℃温度区间,C12A7和CaO反应生成CA;在1000~1300℃温度区间,CA和A反应生成CA2;当温度提高至1400~1600℃时,CA2和Al2O3反应生成CA6。

磷酸盐外加剂的使用使水化物变成无定型或结晶度很差的物质。试样的气孔率和结构的完整性分别因生成上述水化物而得以降低和提高,从而使铝酸钙水泥混凝土的强度得以改善。在1000~1200℃,铝酸钙水泥混凝土发生大幅度的强度降低。周季楠等人发现这种降低可归因于水化物结构向陶瓷化结构更替中化学反应导致的体积变化和形成疏松的结构。

CA6与刚玉具有完全不同的结构,体积密度比刚玉小得多,因此CA6的形成会导致试样的体积膨胀,宏观上的线变化为正值就是这种微观膨胀的反应。铝酸钙水泥中含有较多的CA相和玻璃相,且CA相晶体发育完全,并呈细粒状。玻璃相在刚玉浇注料中与刚玉相形成紧密的晶间无定形结合而呈过渡状态,类似直接结合,因而使浇注料具有较高的冷态强度。适量的水泥是浇注料获得流动性的必要条件,过多或过少都将影响浇注料的流动性,进而影响自流浇注料的其它性能。铝酸钙水泥的胶凝作用是浇注料常温强度的主要来源,但因为铝酸钙水泥中CaO在高温下与Al2O3,SiO2等组分形成低熔相,会降低浇注料的高温强度。因此,既要保证浇注料的常温强度,又不损失制品的高温使用性能,水泥加入量必有一个最佳值。

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