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低水泥耐火澆注料
低水泥耐火澆注料是相對于與傳統(tǒng)的鋁酸鹽水泥耐火澆注料相而言的。傳統(tǒng)的鋁酸鹽水泥耐火澆注料的水泥加入量通常在12-20%，其加水量一般為9-13%。由于加水量高，澆注體的孔隙多，不致密，強度也不高;由于水泥加入量多，雖然能夠得到較高的常溫及低溫強度，但中溫時由于鋁酸鈣的晶型轉變致使強度下降明顯，且引入的CaO與澆注料中的SiO2和Al2O3發(fā)生反應，生成一些低熔點物質，導致材料高溫性能惡化。
當采用超微粉技術、高效外加劑以及科學的顆粒級配時，將澆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澆注料，帶入的CaO含量≤2.5%，其各項性能指標一般超過鋁酸鹽水泥耐火澆注料。該類耐火澆注料具有良好的觸變性，即攪和料有一定的形態(tài)，稍加外力便開始流動，解除外力則保持已獲得的形態(tài)，所以還稱為觸變性耐火澆注料，自流耐火澆注料也屬于此范疇。低水泥系列耐火澆注料迄今尚沒有規(guī)定出準確的含義。美國材料與試驗學會(ASTM)根據耐火澆注料中的CaO含量進行了定義和分類。
致密高強是低水泥系列耐火澆注料的突出特點，這對于提高產品使用壽命和性能是有好處的，但也給使用前的烘烤帶來了麻煩，即烘烤時稍有不慎易發(fā)生澆注體爆裂現象，輕則需要重新澆注施工，嚴重時還會危及周圍工作人員的人身安全。因此目前各國對低水泥系列耐火澆注料的烘烤也進行了多方面的研究，其主要技術措施是：通過制定合理的烘爐曲線和引入優(yōu)良的防爆劑等，這樣能使耐火澆注體中的水分順利排除而不引起其他副作用。
超微粉技術是低水泥系列耐火澆注料的關鍵技術(目前大多數應用于陶瓷和耐火材料中諸多超微粉實際上都處在0.1～10m之間，其主要起分散促進劑和結構密實劑的作用。前者使水泥顆粒高度分散而不絮凝，后者則使?jié)沧Ⅲw內微孔得到充分填實而提高強度。
目前常用的超微粉的種類有SiO2、α-Al2O3、Cr2O3等。其中SiO2微粉的比表面積為20m2/g左右，其粒徑約為水泥粒徑的1/100，因此具有良好填充性。另外SiO2、Al2O3、Cr2O3微粉等還可以在水中形成膠體粒子，當有分散劑存在時，粒子表面形成重疊的雙電層從而產生靜電斥力，即克服了質點間的范德華力，降低了界面能，防止了粒子之間的吸附絮凝;同時，粒子周圍吸附了分散劑而形成溶媒層，因此也增大了澆注料的流動性。這也是超微粉作用機理之一，即摻加超微粉及適宜的分散劑，可降低耐火澆注料的水用量，提高流動性。
低水泥耐火澆注料的凝結硬化是由水合結合和凝聚結合共同作用的結果。鋁酸鈣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結晶生長過程，即它們與水發(fā)生水化反應形成六方片狀或針狀的CAH10、C2AH8和立方的C3AH6晶體以及Al2O3аq凝膠體等水化產物，然后在養(yǎng)護和加熱過程中形成相互連接的凝聚-結晶網絡結構。凝聚結合是由于活性SiO2超微粉遇水后形成膠體粒子，與加入的外加劑(即電解質物質)緩慢解離出的離子相遇，因二者表面電荷相反，即膠體表面吸附了反離子而使￡電位下降，當吸附達到“等電點”時便發(fā)生凝聚?；蛘哒f，當膠粒表面靜電斥力小于其引力時，借助于范德華力而發(fā)生凝聚結合。摻加硅微粉的耐火澆注料凝結后，SiO2表面形成的Si-OH基，經干燥脫水架橋，形成了硅氧烷(Si-O-Si)網狀結構，從而發(fā)生了硬化。在硅氧烷網狀結構中，硅與氧之間的鍵，隨著溫度的升高而不降低，因此強度也不斷提高。同時，在高溫下SiO2網狀結構還會與其所包裹的Al2O3發(fā)生反應而生成莫來石，可提高中、高溫強度。
高效海淀減水劑在低水泥澆注料中的作用
減水劑是一類在保持澆注料的流動值基本不變的條件下能顯著降低攪拌用水量的物質，也稱降水劑、分散劑或塑化劑。減水劑在耐火澆注料中，尤其是在低水泥和超低水泥耐火澆注料中的作用是非常重要的。它不僅僅是簡單地降低耐火澆注料在施工過程中的加水量，而且在減少加水量的基礎上，還明顯地優(yōu)化了澆注料的施工性能。
木質素磺酸鹽于上世紀30年代在美國研制成功并逐漸得到應用，作為代減水劑最早在建筑領域用作混凝土減水劑，該產品的出現有力地推動了減水劑行業(yè)和技術的發(fā)展。隨著研究和應用的日益深入，人們發(fā)現木質素磺酸鹽減水劑減水率低、緩凝性大。20世紀60年代，萘系、聚磺酸鹽系及聚合磷酸鹽為代表的第二代減水劑逐漸被研制和應用。80年代初期，聚羧酸鹽系的第三代高性能減水劑逐漸出現，具有梳型分子結構的聚羧酸系減水劑具有分散性強、摻量低等優(yōu)點，逐漸成為國內外減水劑研究與開發(fā)的熱點。
高效減水劑在低水泥澆注料中發(fā)揮越來越重要的作用，但是截止到目前為止，仍沒有一個完美的理論來解釋高效減水劑的作用機理，大家普遍認同的減水機制包括靜電斥力作用、吸附分散作用、空間位阻作用。
01靜電斥力作用
加減水劑后，減水劑的親水基團指向水溶液，憎水基團定向吸附在基質西安建筑科技大學碩士學位論文7顆粒表面，構成單分子或多分子吸附膜。由于親水極性基團的電離使得基質顆粒表面帶上電性相同的電荷，電荷量隨著減水劑濃度的增大直至飽和，基質顆粒表面的相同電性的電荷使得基質顆粒之間產生靜電斥力。這種斥力作用有利于包裹于絮凝結構中的自由水的釋放，從而有效地增大不定形耐火材料的流動性。
02吸附分散作用
溶液中基質顆粒的熱運動在某些邊棱角處互相碰撞吸附、相互吸引，因粒子間的分于引力作用等產生絮凝。由于減水劑分子具有極性或非極性基團，逐漸吸附在基質顆粒表面，基質顆粒表面形成了雙電層，相鄰粒子之間產生靜電斥力。使得基質顆粒分散，降低了基質顆粒固液界面的表面張力，提高了漿體的分散性。
03空間位阻作用
減水劑吸附在基質顆粒的表面，并且形成一層具有一定厚度的聚合物分子吸附層。當基質顆粒相互靠近時，吸附層相互重疊，使得基質顆粒間產生斥力作用。聚合物分子吸附層之間相互交叉，在聚合物鏈之間產生物理的空間位阻，這種由于聚合物吸附層靠近重疊而產生的阻力阻止基質顆粒接近的機械分離作用力，稱之為空間位阻斥力。一般來說，所有離子型聚合物都會引起靜電斥力和空間位阻兩種作用，其強度的大小取決于溶液中的離子濃度、聚合物的分子結構和摩爾質晨。聚羧酸系減水劑吸附在基質顆粒表面，雖然靜電斥力較小，但是由于其主鏈與基質顆粒表面相連，支鏈則延伸進入液相形成較厚的聚合物分子吸附層，因此具有較大的空間位阻斥力，在加入量較小時，即對基質顆粒具有顯著的分散作用。
