水合氧化铝结合耐火浇注料存在的问题
发布日期： 2019-07-31 08:24:01 阅读量（571） 作者：水合氧化铝结合耐火浇注料是采用水合氧化铝为结合剂，这种类型的耐火浇注料在使用中并不完美，其存在以下几方面问题：
1、水合氧化铝结合浇注料的流动度衰减
水合氧化铝颗粒具有较高的比表面积(200m2/g左右)，易受潮。遇水后一定量水合氧化铝在较短时间内发生水化反应，生成凝胶状水化产物，胶结(a)(b)浇注料的骨料与基质，使得水合氧化铝结合浇注料在搅拌过程中发生团聚，因此水合氧化铝结合浇注料需要更多的搅拌时间。另外随着水化反应的进行，水合氧化铝凝胶状水化产物逐渐增多，更大程度地胶结浇注料中的骨料与基质，使得浇注料的流动性不佳，进而流动度衰减较快，从而影响浇注料的可施工时间。因此，水合氧化铝结合浇注料在较短时间内会失去流动性，也就表明，水合氧化铝结合浇注料需在较短时间内施工完毕。
2、水合氧化铝结合浇注料脱模强度
由于水合氧化铝水化产物在水化反应初期，遇水形成了一层厚厚的凝胶，该凝胶一部分进一步结晶生成勃姆石与拜耳石，而剩余未发生反应的凝胶即为为勃姆石凝胶，水合氧化铝结合浇注料即是通过这些水化产物来提供强度。其中的凝胶状水化产物胶结浇注料的骨料与基质部分，填充浇注料中的孔隙部分;而在此形成的蜂窝网络结构将连接相邻的基质成分，从而提供了水合氧化铝结合浇注料所需的生坯强度即脱模强度。
3、水合氧化铝结合浇注料透气度及抗爆裂性
表1.2所示为不同结合剂结合浇注料在50℃透气度(k1、k2)及机械强度(σ)。可以看出铝酸钙水泥(CAC)结合浇注料的透气度k1是水合氧化铝(HAB)的6倍，k2是水合氧化铝结合浇注料的115倍。不同结合剂结合浇注料的渗透系数之间存在如此大的差异，这与水合氧化铝凝胶状水化产物有关。水合氧化铝水化产生无定形凝胶、伪勃姆石凝胶以及勃姆石凝胶，凝胶状水化产物胶结浇注料中的骨料与基质，提高了浇注料的致密度，使得透气度降低。
表1不同结合剂结合浇注料在50℃透气度(k1、k2)及机械强度(σ)
不同结合剂SC(硅溶胶)、SC+AH(硅溶胶及水合氧化铝)、AH(水合氧化铝)、CAC(铝酸钙水泥)结合耐火浇注料的显气孔率及透气度如图1所示。从图中看出，水合氧化铝作为结合剂单独用于浇注料时，其透气度相对于其他常用的结合剂最低，并且其显气孔率也最低。
图1不同结合剂结合耐火浇注料的显气孔率及透气度
水合氧化铝凝胶状的水化产物填充浇注料的孔隙，使得浇注料的致密度提高，因此其透气度较低。同时结合1.2.3节所述，水合氧化铝水化产物随着温度升高在较短时间内及较低温度下发生脱水。此外，水合氧化铝结合浇注料的显气孔率较低，并且在110-700℃之间显气孔率保持不变，不利于其抗爆裂性;另外，由于水合氧化铝结合浇注料的强度相对较低，在温度升高时，水合氧化铝产生的水化产物发生脱水、分解，水合氧化铝结合浇注料的强度不足以抵抗试样内部水蒸汽产生的张力，因此易产生爆裂，这就导致水合氧化铝结合浇注料抗爆裂性能差。
图2CAC及HAB结合浇注料生坯在持续加热过程中干燥速率
(a)以10℃/min从室温升至800℃。曲线(iii)和(iv)为干燥试样。(b)较快的升温速率(20℃/min)用于测试试样的爆炸剥落
铝酸钙水泥及水合氧化铝结合浇注料生坯在持续加热过程中干燥速率如图2所示。由图2(a)看出，在10℃/min的加热速率下，铝酸钙水泥和水合氧化铝结合浇注料两曲线即(i)和(ii)分别对应着蒸发(室温到100℃)和游离水的沸腾两个主峰，第二个峰包括大部分结合水的脱水。曲线(iii)和(iv)显示了铝酸钙水泥和水合氧化铝结合浇注料的干燥样品(温度从100到250-350℃)。MF(脱湿)样品的干燥曲线表示，铝酸钙水泥及水合氧化铝的不同结合相的脱水在相同的温度范围内发生。前者显示有三个主要脱水峰，后者显示更为连续的失水带，呈现两个较小的宽峰(195及285℃)。CAC-MF(铝酸钙-脱湿)曲线中的前两个峰(177℃和230℃)，与结晶的三水铝石有关，虽然脱水最厉害的温度为230℃，但是其实大部分失水反应是发生在180至300℃之间。第三个峰，出现在大约300℃左右，可能是有三水铝石的分解造成的，但是主要是由C3AH8晶体在240-370℃的分解。而HAB-MF(水合氧化铝-脱湿)曲线是由两个较宽的峰(195℃和285℃)，伪勃姆石在两个温度范围内分解，主要为100-180℃，400-500℃。而完全无定形的氧化铝凝胶可能在100℃左右干燥;结晶的拜耳石和勃姆石脱水分别发生在300℃左右和450-550℃左右。
比较曲线(i)和(ii)可知，由于浇注料的透气度差别很大，水合氧化铝结合浇注料蒸发峰的高度明显低于铝酸钙水泥结合浇注料，表明大量的游离水还可用于蒸汽加压沸腾阶段。水合氧化铝结合浇注料低透气度不仅限制了蒸发过程，而且还影响了第二个峰值大小。由于蒸汽的释放受到不利影响，导致其转移至更高温度。因此需要更大的压力梯度(即更高的温度)来排除水蒸汽。这也就表明干燥条件影响其抗爆裂性能。随着加热速度的增加即从10℃/min增加至20℃/min时，水合氧化铝结合浇注料在256℃发生爆裂。两种浇注料的峰值均比10℃/min时高，表明其蒸汽产生量更大，因此增压的可能性也更大，也就导致坯体不能承受内部蒸汽张力而产生爆裂。浇注料抗爆裂性能的影响因素有很多，比如：结合方式、显微结构、结合强度等。可以发现水合氧化铝凝胶状水化产物可以胶结骨料与基质，并且还可以渗透在浇注料的各个孔隙中，从而使得水合氧化铝结合浇注料显气孔率及透气度较低。在温度升高过程中，水蒸汽没有较多的通道排出，而浇注料自身强度不够承受蒸汽张力，就导致水合氧化铝结合浇注料的抗爆裂性较差。
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