耐火材料用硅溶胶结合剂的作用和原理
发布日期： 2019-08-07 10:01:11 阅读量（1096） 作者：张红结合剂是在骨料和基质中起到结合作用的物质。结合剂对试样物理性质力学强度、热震稳定性等性能具有重要作用。选用合适的结合剂，可以使耐火材料在中低温度下都能具有能够满足使用的性能，还能满足热补料快速粘结的要求。单一结合剂往往只能实现某一方面的要求，通过不同特点的结合剂复合使用是实现性能要求的重要途径。二氧化硅溶胶具有纳米级的二氧化硅胶粒，其活性高，易于反应，烧结温度低，近几年来受到广泛的关注。采用二氧化硅溶胶结合剂往往在热处理后具有较高的力学，但其常温下的胶凝结合因为其固含量低而使低温强度低。
硅溶胶是由无数的SiO2胶体粒子形成的，胶体粒子的含量不同，颜色也不同，一般为乳白色或半透明状。SiO2溶胶粒子的表面结构为硅氧烷键(-Si-O-Si-)，表面层由许多硅氧醇基(-SiOH)和羟基(-OH)所覆盖，它们同胶体溶液中存在的碱金属离子一起形成扩散双电层，粒子间的静电作用对胶体溶液的稳定起重要作用。SiO2溶胶粒子的表面结构在图5.1中表示：
图1SiO2溶胶粒子的表面结构
SiO2溶胶颗粒通过表面的硅氧醇基(-Si-O-H)发生脱水反应形成硅氧烷进而形成三维网络结构，发挥结合作用。其缩合反应式如下，过程如图5.2所示：
–Si–OH+HO–Si–=–Si–O–Si–+H2O (1)
图2SiO2溶胶缩合反应过程
硅溶胶作为耐火材料结合剂使用时，由于硅溶胶为纳米粒子，比表面积大，可以与耐火材料颗粒充分接触，形成致密的三维网状结构，从而获得很高的结合强度。当硅溶胶与耐火物料产生一定的结合以后，随着温度的进一步升高，结合强度逐渐变大。由于在热处理温度不断升高的过程中，硅溶胶粒子之间的缩合反应会持续进行，所以结合强度也会不增强。同时，由于硅溶胶纳米粒子的反应活性很高，如果耐火原料内含有氧化铝微粉，则极易与其反应生成莫来石。
本文利用二氧化硅溶胶结合剂研究试样的物理性能、力学性能和热震稳定性。试验所用的二氧化硅溶胶主要性能如表1所示。
表1工业级CN-30二氧化硅溶胶的主要性能
试验过程中，将二氧化硅溶胶和铝酸钙水泥两者复合可以实现二氧化硅溶胶活性高，低温易烧结的特点和铝酸钙水泥脱模强度大的优势相结合，为热补料提供较好的结合性能。二氧化硅溶胶和铝酸钙水泥同为胶凝性结合剂，经充分搅拌混合可以加快胶凝，有利于产生热补料喷补于受补面后迅速硬化，产生较高的早期强度。
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