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(qiáng)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(qiáng)度，但中溫時(shí)由于鋁酸鈣的晶型轉(zhuǎn)變致使強(qiáng)度下降明顯，且引入的CaO與澆注料中的SiO2和Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成一些低熔點(diǎn)物質(zhì)，導(dǎo)致材料高溫性能惡化。

當(dāng)采用超微粉技術(shù)、高效外加劑以及科學(xué)的顆粒級配時(shí)，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(xiàng)性能指標(biāo)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(dòng)，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(zhǔn)確的含義。美國材料與試驗(yàn)學(xué)會(ASTM)根據(jù)耐火澆注料中的CaO含量進(jìn)行了定義和分類。

致密高強(qiáng)是低水泥系列耐火澆注料的突出特點(diǎn)，這對于提高產(chǎn)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(shí)稍有不慎易發(fā)生澆注體爆裂現(xiàn)象，輕則需要重新澆注施工，嚴(yán)重時(shí)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(jìn)行了多方面的研究，其主要技術(shù)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(shù)是低水泥系列耐火澆注料的關(guān)鍵技術(shù)(目前大多數(shù)應(yīng)用于陶瓷和耐火材料中諸多超微粉實(shí)際上都處在0.1～10m之間，其主要起分散促進(jìn)劑和結(jié)構(gòu)密實(shí)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(nèi)微孔得到充分填實(shí)而提高強(qiáng)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(dāng)有分散劑存在時(shí)，粒子表面形成重疊的雙電層從而產(chǎn)生靜電斥力，即克服了質(zhì)點(diǎn)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(shí)，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(dòng)性。這也是超微粉作用機(jī)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(dòng)性。

低水泥耐火澆注料的凝結(jié)硬化是由水合結(jié)合和凝聚結(jié)合共同作用的結(jié)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(jié)晶生長過程，即它們與水發(fā)生水化反應(yīng)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(chǎn)物，然后在養(yǎng)護(hù)和加熱過程中形成相互連接的凝聚-結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。凝聚結(jié)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(zhì)物質(zhì))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(dāng)吸附達(dá)到“等電點(diǎn)”時(shí)便發(fā)生凝聚?；蛘哒f，當(dāng)膠粒表面靜電斥力小于其引力時(shí)，借助于范德華力而發(fā)生凝聚結(jié)合。摻加硅微粉的耐火澆注料凝結(jié)后，SiO2表面形成的Si-OH基，經(jīng)干燥脫水架橋，形成了硅氧烷(Si-O-Si)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而發(fā)生了硬化。在硅氧烷網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，硅與氧之間的鍵，隨著溫度的升高而不降低，因此強(qiáng)度也不斷提高。同時(shí)，在高溫下SiO2網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還會與其所包裹的Al2O3發(fā)生反應(yīng)而生成莫來石，可提高中、高溫強(qiáng)度。

高效龍?zhí)稖p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(dòng)值基本不變的條件下能顯著降低攪拌用水量的物質(zhì)，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(chǔ)上，還明顯地優(yōu)化了澆注料的施工性能。

木質(zhì)素磺酸鹽于上世紀(jì)30年代在美國研制成功并逐漸得到應(yīng)用，作為代減水劑最早在建筑領(lǐng)域用作混凝土減水劑，該產(chǎn)品的出現(xiàn)有力地推動(dòng)了減水劑行業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。隨著研究和應(yīng)用的日益深入，人們發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素磺酸鹽減水劑減水率低、緩凝性大。20世紀(jì)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(yīng)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(xiàn)，具有梳型分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸系減水劑具有分散性強(qiáng)、摻量低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為國內(nèi)外減水劑研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。

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(gè)完美的理論來解釋高效減水劑的作用機(jī)理，大家普遍認(rèn)同的減水機(jī)制包括靜電斥力作用、吸附分散作用、空間位阻作用。