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，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。

高效渝中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(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。