如何合理科學(xué)的配比低水泥耐火澆注料？分類及性能

  從低水泥耐火澆注料的品種來看，低水泥耐火澆注料有Al2O3系和Al2O3-MgO系。采用優(yōu)質(zhì)耐火原料，按科學(xué)合理的配合比進(jìn)行配料，以其滿足耐火澆注料的優(yōu)良性能及使用要求。用做低水泥澆注料的原料可以分為四類。那么我們?nèi)绾魏侠聿⒖茖W(xué)的進(jìn)行對(duì)低水泥耐火澆注的配比呢？帶著這一問題，今日元領(lǐng)小編將給大家介紹如何合理科學(xué)的配比低水泥耐火澆注料。

  合理科學(xué)的配比方法：

  1、低水泥澆注料的骨料及細(xì)粉

  低水泥澆注料以回轉(zhuǎn)窯煅燒的優(yōu)質(zhì)高鋁礬土以及電爐高溫冶煉的剛玉為骨料和細(xì)粉，采用合理的級(jí)配組成，確保低水泥澆注料形成緊密堆積，提高密實(shí)度。

  2、低水泥澆注料的微粉

  超微粉技術(shù)是低水泥澆注料的關(guān)鍵技術(shù)，其主要作用是優(yōu)化基質(zhì)以提高澆注料的性能。

  超微粉和微粉的主要品種有活性SiO2微粉、α-Al2O3微粉、白剛玉粉、棕剛玉粉、莫來石粉、鎂鋁尖晶石粉等。由于微粉及超微粉的比表面積、表面原子數(shù)及表面能等急劇增大，化學(xué)反應(yīng)速率顯著提高，使制品的燒成溫度降低，燒結(jié)時(shí)間縮短，由于配料的堆積性、吸附性、流變性、熔融性都發(fā)生了變化，因此制品的強(qiáng)度、韌性、密度、電性、磁性等均發(fā)生變化。低水泥澆注料中所用的微粉主要是α-Al2O3微粉、活性SiO2微粉，以及作為水硬性粘結(jié)劑使用的鋁酸鈣水泥(CAC)等，三者構(gòu)成低水泥澆注料的基質(zhì)部分，其組成比例的調(diào)整影響澆注料的流變性能和使用性能。

  SiO2超微粉是一種非晶態(tài)SiO2，平均直徑約為0.15μm，表面活性好。SiO2超微粉在澆注料中具有多重作用：一是可減少水泥用量約1%；二是減少用水量，從而獲得低用水量、高密度澆注料，并在基質(zhì)設(shè)計(jì)合理情況下改善其施工流變性及高溫使用性能；同時(shí)還能起到低溫結(jié)合作用。但在水系統(tǒng)中SiO2超微粉通常具有負(fù)表面電荷，另一方面，α-Al2O3微粉卻顯示出帶正電荷，導(dǎo)致結(jié)合系統(tǒng)顆粒間相互吸引，產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，從而增加用水量，這就要求必須采用合適的減水劑改變顆粒荷電狀況，使顆粒相互排斥，降低用水量。

  α-Al2O3微粉平均粒徑約為1~5μm，一般認(rèn)為在常溫條件或110℃烘干過程中不發(fā)生水化作用，表現(xiàn)出惰性性質(zhì)，在高技術(shù)澆注料中主要用于改善澆注料燒結(jié)性能。

  3、低水泥澆注料的結(jié)合劑

  低水泥澆注料采用的結(jié)合劑種類很多，從早期的水玻璃，軟質(zhì)粘土到目前的樹脂，微粉溶膠等，其結(jié)合系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化，但鋁酸鹽水泥仍然是使用安全，質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)也是使用廣泛的結(jié)合劑。按照GB202000《鋁酸鹽水泥》規(guī)定，鋁酸鈣水泥有CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四個(gè)品種，其主要礦物組成為鋁酸一鈣(CA)、二鋁酸一鈣(CA2)、七鋁酸十二鈣(C12A7)。

  鋁酸鈣水泥一般均含有CA、CA2、C12A7，礦物組成不同，水化溫度不同，其水化產(chǎn)物也不同。研究證實(shí)：鋁酸鈣水泥水化生成CAH10和C2AH8，二者是一種介穩(wěn)態(tài)水化物,它會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定水化物C3AH6。由于這個(gè)特性,使鋁酸鹽水泥制作的澆注料,隨著時(shí)間的推移和溫度的變化將發(fā)生強(qiáng)度下降。但在活性SiO2微粉的作用下，鋁酸鈣水泥的水化過程可以避免生成C2AH8，而直接生成鈣黃長石C2ASH8，提高澆注料的常溫強(qiáng)度。

  4、低水泥澆注料的減水劑

  減水劑是一類加入到干物料中并加水拌合后，能保持低水泥澆注料流動(dòng)值基本不變時(shí)，可顯著降低拌合用水量的化合物，因此又稱為減水劑。減水劑分為無機(jī)減水劑和有機(jī)減水劑兩大類。無機(jī)減水劑主要是電解質(zhì)類化合物，它溶于水中能解離出陽離子和陰離子團(tuán)，具有導(dǎo)電性能。用作耐火澆注料的無機(jī)減水劑主要有焦磷酸鈉、聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉、超聚磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉等。耐火澆注料中應(yīng)用廣泛的是六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉。三聚磷酸鈉，分子量為367.86，性質(zhì)為白色粉末，無機(jī)表面活性物質(zhì)，對(duì)固體微粒有極強(qiáng)的分散力。

  有機(jī)減水劑的分散作用機(jī)制有兩種：其一，離子型減水劑是靜電斥力和粒子表面吸附層產(chǎn)生的空間位阻共同起作用，若吸附層薄，靜電斥力起主導(dǎo)作用，若吸附層厚，溶劑化層厚，則以空間位阻為主導(dǎo)作用；其二，非離子型減水劑，是以空間位阻起主導(dǎo)作用。有機(jī)減水劑品種多，發(fā)展迅速，目前主要類型有：

  ①一代普通減水劑，以亞硫酸鹽法生產(chǎn)紙漿的副產(chǎn)品為原料所提煉的木質(zhì)素磺酸鹽系普通減水劑，稱為代減水劑，主要是木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物，常用的有木質(zhì)素磺酸鈣和木質(zhì)素磺酸鈉。

  ②二代高效減水劑，主要是聚磺酸鹽類化合物，有萘磺酸鈉甲醛縮合物、多環(huán)芳烴磺酸鹽縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物。1962年日本服部健一博士研制成功萘系高效減水劑萘磺酸鹽甲醛縮合物，我國清華大學(xué)于20世紀(jì)80年代合成了萘磺酸鹽甲醛縮合物NF，從此形成了第二代萘磺酸鹽系高效減水劑，其使用功效明顯優(yōu)于木質(zhì)素磺酸鹽系普通減水劑。此類高效減水劑的應(yīng)用，給混凝土行業(yè)帶來變革性變化，它們可用于調(diào)配流態(tài)化可泵灌混凝土，并可提高混凝土的性能。在我國耐火材料行業(yè)，于20世紀(jì)80年代開始在耐火澆注料中使用，并取得顯著效果。

  萘磺酸鹽系減水劑，化學(xué)名稱為聚次甲基萘磺酸鈉(鹽)，化學(xué)成份為β-萘磺酸鹽甲醛縮合物，分子式C11n-1H(SO3Na)n(n=9~11)，相對(duì)分子量2100~2700。由分子結(jié)構(gòu)可知：氨基磺酸鹽系高效減水劑屬于芳香烴環(huán)狀結(jié)構(gòu)，線性結(jié)構(gòu)主鏈上有大量磺酸基(-3SO)、氨基(-NH2)、羥基(-OH)等親水性官能團(tuán)，其中主導(dǎo)官能團(tuán)是磺酸基(-SO3-)。

  ③第三代高效減水劑：

  現(xiàn)在，減水劑正向著高效能、低摻量及復(fù)合化的方向發(fā)展，聚羧酸高效減水劑即為第三代高效減水劑的杰出代表，其根據(jù)混凝土的實(shí)際性能需要進(jìn)行減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分子呈梳形結(jié)構(gòu)，主鏈上帶有多個(gè)極性較強(qiáng)的活性基團(tuán)，側(cè)鏈上帶有數(shù)量占多數(shù)的親水性活性基團(tuán)以及分子鏈較短、數(shù)量少的疏水基，使其在混凝土應(yīng)用中表現(xiàn)出高減水率、高保坍性和體積穩(wěn)定性的性質(zhì)。

  聚羧酸系高效減水劑首先在20世紀(jì)80年代末由日本觸媒公司研制成功，90年代正式投入工業(yè)化生產(chǎn)，1995年以后，聚羧酸系減水劑大量應(yīng)用于高層建筑，在日本的使用量超過了萘系減水劑。與其他高效減水劑相比，聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)主要有以下特點(diǎn)：

  分子結(jié)構(gòu)呈梳形：聚羧酸系高效減水劑主鏈上帶有較多的活性基團(tuán)，并且極性較強(qiáng)。這些基團(tuán)有磺酸基團(tuán)(-SO3-)、羧酸基團(tuán)(-COO-)、羥基基團(tuán)(-OH)、聚氧烷基烯基團(tuán)(-(CH2CH2O)m-R)等，形成梳形結(jié)構(gòu)。各基團(tuán)對(duì)水泥漿體的作用不相同，如磺酸基的分散性好；羧酸基除有較好的分散性外，還有緩凝效果；羥基不僅具有緩凝作用，還能起到浸透潤濕的作用；聚氧烷基類基團(tuán)具有保持流動(dòng)性的作用。

  側(cè)鏈帶有親水性的活性基團(tuán)，并且鏈較長，通過梳形柔性吸附形態(tài)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較高的立體位阻效應(yīng)，再加上羧基產(chǎn)生的靜電排斥作用，可表現(xiàn)出較大的立體斥力效應(yīng)。分子結(jié)構(gòu)自由度相當(dāng)大，合成時(shí)可控制的參數(shù)多、高性能化的潛力大。通過控制主鏈的聚合度、側(cè)鏈(長度、類型)、官能團(tuán)(種類、數(shù)量及位置)、分子量大小及分布等參數(shù)可對(duì)其進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制出性能優(yōu)異的高效減水劑。

  以上就是元領(lǐng)小編對(duì)如何合理科學(xué)的配比低水泥耐火澆注料的介紹。總的來說，聚羧酸高效減水劑合成單體包括(甲基)丙烯酸、馬來酸(酐)、聚乙二醇、(甲基)丙烯磺酸(鹽或酯)及丙烯酰胺等，其合成方法主要有：大分子單體法、大分子反應(yīng)法、原位聚合與接枝。各種乙烯類單體經(jīng)共聚合反應(yīng)獲得主鏈，在主鏈上含有陰離子(如羧基、磺酸基)及其他極性基團(tuán)(如羥基、醚、酰胺、胺)等的水溶性高分子，表現(xiàn)出很多良好的使用性能。