耐火材料行业明星产品——低水泥耐火浇注料
发布日期： 2019-07-05 15:23:02 阅读量（373） 作者：张红法国最先于上世纪70年代采用超微粉技术和高效外加剂成功配制而成低水泥耐火浇注料。该类耐火浇注料特点是，颗粒级配十分精细，颗粒间的空隙几乎全部被超微粉填充，其需水量也由此降至4-7%，组织结构非常致密，孔隙率低，强度高，耐磨损，耐侵蚀。其技术路线是：超微粉和高效外加剂的配合使用以及粒度组成的精细配伍。20世纪80年代以来，低水泥系列耐火浇注料得到突飞猛进的发展，其性能甚至可以和烧成耐火砖相媲美，其应用也遍及炼铁、炼钢、轧钢和建材等高温领域，并获得良好的应用效果。
低水泥耐火浇注料是相对于与传统的铝酸盐水泥耐火浇注料相而言的。传统的铝酸盐水泥耐火浇注料的水泥加入量通常在12-20%，其加水量一般为9-13%。由于加水量高，浇注体的孔隙多，不致密，强度也不高;由于水泥加入量多，虽然能够得到较高的常温及低温强度，但中温时由于铝酸钙的晶型转变致使强度下降明显，且引入的CaO与浇注料中的SiO2和Al2O3发生反应，生成一些低熔点物质，导致材料高温性能恶化。
当采用超微粉技术、高效外加剂以及科学的颗粒级配时，将浇注料的水泥用量降至8%以下、水用量降至≤7%，即可配成低水泥系列耐火浇注料，带入的CaO含量≤2.5%，其各项性能指标一般超过铝酸盐水泥耐火浇注料。该类耐火浇注料具有良好的触变性，即搅和料有一定的形态，稍加外力便开始流动，解除外力则保持已获得的形态，所以还称为触变性耐火浇注料，自流耐火浇注料也属于此范畴。低水泥系列耐火浇注料迄今尚没有规定出准确的含义。美国材料与试验学会(ASTM)根据耐火浇注料中的CaO含量进行了定义和分类。因为耐火浇注料中的CaO几乎全部来自水泥结合剂，浇注料的种类及含量如下：
致密高强是低水泥系列耐火浇注料的突出特点，这对于提高产品使用寿命和性能是有好处的，但也给使用前的烘烤带来了麻烦，即烘烤时稍有不慎易发生浇注体爆裂现象，轻则需要重新浇注施工，严重时还会危及周围工作人员的人身安全。因此目前各国对低水泥系列耐火浇注料的烘烤也进行了多方面的研究，其主要技术措施是：通过制定合理的烘炉曲线和引入优良的防爆剂等，这样能使耐火浇注体中的水分顺利排除而不引起其他副作用。
正如前面所提到的，超微粉技术是低水泥系列耐火浇注料的关键技术(目前大多数应用于陶瓷和耐火材料中诸多超微粉实际上都处在0.1～10m之间，其主要起分散促进剂和结构密实剂的作用。前者使水泥颗粒高度分散而不絮凝，后者则使浇注体内微孔得到充分填实而提高强度。
目前常用的超微粉的种类有SiO2、α-Al2O3、Cr2O3等。其中SiO2微粉的比表面积为20m2/g左右，其粒径约为水泥粒径的1/100，因此具有良好填充性。另外SiO2、Al2O3、Cr2O3微粉等还可以在水中形成胶体粒子，当有分散剂存在时，粒子表面形成重叠的双电层从而产生静电斥力，即克服了质点间的范德华力，降低了界面能，防止了粒子之间的吸附絮凝;同时，粒子周围吸附了分散剂而形成溶媒层，因此也增大了浇注料的流动性。这也是超微粉作用机理之一，即掺加超微粉及适宜的分散剂，可降低耐火浇注料的水用量，提高流动性。
低水泥耐火浇注料的凝结硬化是由水合结合和凝聚结合共同作用的结果。铝酸钙水泥的水化和硬化主要是水硬性物相CA和CA2的水化及其水化物的结晶生长过程，即它们与水发生水化反应形成六方片状或针状的CAH10、C2AH8和立方的C3AH6晶体以及Al2O3аq凝胶体等水化产物，然后在养护和加热过程中形成相互连接的凝聚-结晶网络结构。凝聚结合是由于活性SiO2超微粉遇水后形成胶体粒子，与加入的外加剂(即电解质物质)缓慢解离出的离子相遇，因二者表面电荷相反，即胶体表面吸附了反离子而使￡电位下降，当吸附达到“等电点”时便发生凝聚。或者说，当胶粒表面静电斥力小于其引力时，借助于范德华力而发生凝聚结合。掺加硅微粉的耐火浇注料凝结后，SiO2表面形成的Si-OH基，经干燥脱水架桥，形成了硅氧烷(Si-O-Si)网状结构，从而发生了硬化。在硅氧烷网状结构中，硅与氧之间的键，随着温度的升高而不降低，因此强度也不断提高。同时，在高温下SiO2网状结构还会与其所包裹的Al2O3发生反应而生成莫来石，可提高中、高温强度。
水泥中水硬性物相的水化反应式如下：
可见，CA和CA2的水化产物皆可以是C3AH6和AH3。CA反应快，水化后强度高;CA2则与水反应较慢，但对提高耐火性能有利(由于CA2含量多，水化后形成的铝胶也多，所以加热后产生较多的活性氧化铝并形成新矿物，有利于提高耐火浇注料的性能)。
用作浇注料的结合剂时，铝酸钙水泥的水化产物必然会经受加热作用，从而发生如下反应：
分解产物为CA和â‐A。温度>1100℃时可相互反应生成CA2;温度>1450℃可形成CA6
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