常用的耐火澆注材料高溫結(jié)合劑包括鋁酸鈣水泥、水合氧化鋁、硅溶膠、鋁凝膠粉末結(jié)合劑等。每種結(jié)合劑的作用機(jī)理和使用榮盛耐材點(diǎn)不同,通過選擇不同的高溫結(jié)合劑,可以獲得不同的施工狀態(tài)、強(qiáng)度開發(fā)和高溫性能,以滿足不同工況的需要。介紹了耐火澆注材料常用高溫結(jié)合劑的類別和作用機(jī)制。
常用高溫結(jié)合劑及其榮盛耐材點(diǎn):
1.鋁酸鈣水泥
鋁酸鈣水泥是目前耐火澆注料中應(yīng)用廣泛的結(jié)合劑。常用的有鋁酸鈣水泥。含尖晶石鋁酸鈣水泥。其使用榮盛耐材點(diǎn)是早期強(qiáng)度高,能在短時(shí)間內(nèi)(6?24h)獲得高強(qiáng)度,施工性能可控,性能穩(wěn)定均勻。然而,CaO雜質(zhì)被引入耐火材料中作為結(jié)合劑。隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的進(jìn)步,耐火澆注料逐漸向低水泥(Cao2.5%?0.2%)、超低水泥(Cao1.0%?0.2%)、無水泥(Cao0.2%以下)方向發(fā)展,盡量降低Cao含量,以減少其對(duì)高溫性能的影響。
鋁酸鈣水泥是一種水硬性結(jié)合劑。水泥的水化過程是水泥與水接觸后,水泥中的礦物相與水發(fā)生反應(yīng),伴隨著物相、顯微形狀和材料強(qiáng)度的變化。水泥水化是一種多相多層次的相互關(guān)聯(lián)反應(yīng)。目前比較成熟的水化過程理論如下:水泥與水混合接觸時(shí),開始溶解Ca2+和Al(OH)4-,溶解飽和后開始結(jié)晶成核形成亞穩(wěn)態(tài)CAH10.C2AH8。在水化產(chǎn)物沉淀沉淀之前,需要經(jīng)過一個(gè)誘導(dǎo)期來克服成核勢(shì)壘。水化產(chǎn)物成核后,結(jié)晶長大形成互鎖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),決定水泥的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度。CAH10-一般在6.24h生成,C2AH8-一般在24h后出現(xiàn)。當(dāng)環(huán)境溫度升榮盛耐材21℃以上時(shí),介穩(wěn)態(tài)CAH10.C2AH8轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)。AH3溶膠相可以在低溫下形成,但在干燥過程中,大量的AH3相會(huì)導(dǎo)致材料爆裂的風(fēng)險(xiǎn),因此鋁酸鹽水泥一般在27℃以上維護(hù),維護(hù)系統(tǒng)在3038℃以下的濕環(huán)境中覆蓋一層抗?jié)B膜維護(hù)24小時(shí)。硅粉、活性氧化鎂等物相也會(huì)影響水化機(jī)制。水泥的水化產(chǎn)物有不同的形狀,CAH10是針狀或六邊形的棱柱,C2AH8是板狀或盤狀,C3AH6是立方體,AH3是粒狀的。
2.硅溶膠
硅溶膠,即氧化硅溶膠,是分散在水中的SiO2膠體顆粒形成的膠體溶液,多為乳白色透明液體。耐火材料中硅溶膠的SiO2含量一般為25%-30%,多采用NaOH.NH4OH.Na2SiO3作為穩(wěn)定劑。
硅溶膠為膠團(tuán)結(jié)構(gòu),顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)為硅氧烷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),表Si-)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),表層覆蓋硅羥基(一個(gè)SiOH)和羥基(一個(gè)OH)。當(dāng)硅溶膠用作耐火澆注料的結(jié)合劑時(shí),應(yīng)加入促凝劑,破壞膠粒結(jié)構(gòu),促進(jìn)凝結(jié)。硅溶膠在顆粒之間填充,形成凝膠,與枝鏈連接,凝結(jié)后提供早期強(qiáng)度。
硅溶膠作為一種結(jié)合劑,但澆注料具有優(yōu)異的燒結(jié)性,可以快速安全地烘烤。缺點(diǎn)是加水量高,施工性能差,早期強(qiáng)度低,硬化過程影響因素多,可控性差,硅溶膠為溶液,難以儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
3.鋁凝膠粉
鋁凝膠粉是一種粉末結(jié)合劑,主要成分為氧化鋁,雜質(zhì)含量低,反應(yīng)活性高,可作為無水泥澆注料或少量鋁酸鈣水泥,制備超低水泥澆注料。
鋁凝膠粉與水接觸后,可形成溶膠,填充在顆粒之間,逐漸凝結(jié),相互連接,提供強(qiáng)度。顆粒較細(xì),可有效填充氣孔,降低加水量,降低氣孔率,提高接觸質(zhì)點(diǎn)數(shù)量,有利于改善后續(xù)固相反應(yīng)。鋁凝膠粉的高反應(yīng)活性使其更容易參與陶瓷相反應(yīng)的促進(jìn)和燒結(jié)。
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