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耐火材料行业动态

浇注料拌合物的内部结构

  浇注料拌和物为复杂的、各相异性的多相系统。它是直接由水泥和骨料以及细粉的混合物加水拌和而成的。在这个系统中包括微细分散的水泥颗粒、细粉及较大颗粒的粗细骨料,在很多情况下还有加入的专用的外加剂、水和在拌制过程中吸入的空气。
  由于固相颗粒和水之问存在着相互作用力(包括分子吸引力、黏滞力、毛细管力和其他力),浇注料拌和物具有黏性以及用以表征黏性液体的某些性能。浇注料拌和物的性能介于黏性液体和固体之间。它与真黏性液体的差别在于它们具有由于黏滞力而产生的某种结构强度和结构黏度,与固体不同之处在于它缺少足够的弹性性能以及即使在很小载荷作用下也会产生不可逆的塑性变形。浇注料拌和物的性能具有一系列的特点,这取决于其内部结构和组成材料的性能。
  将浇注料拌和物看成是由水泥浆和骨料两种成分组成的体系较为适宜。浇注料拌和物的主要结构组分是水泥浆,它由水泥、细粉状耐火物料及添加物系和水组成。水泥颗粒和细粉料具有很微小的尺寸和很大的比表面积,因此水泥浆具有高度发达的固液相界面。在这种体系中,吸附力、分子力和毛细管作用力表现非常明显,从而提高了体系的、联结力。
  水泥浆的性能取决于固、液相之间的比例。随着含水量的增加,水泥浆的流动性增大,塑性强度降低。水分在浇注料拌和物中以多种形态存在。少量水分参与水泥的化学作用,而处于化学结合状态。这种水分的数量逐渐增加,但在接近终凝时,不大于总水量的5%。另外一些水分在吸附力作用下,以物理化学联结方式吸附在固相的表面。由于固体表面具有不平衡的分子力,它善于吸引水分子,而这些水分子具有相当大的偶极矩,会紧密地定向排列:在固体表面力场的作用范围内。因为发生在分子力作用范围内的巨大压力及分子定向排列的影响,使得吸附薄膜内的水分具有固体的某一弹性、抗压强度和低冰点。
  在水泥水化过程中,一般会引起固相比表面积的增加,物理化学结合水的数量也发生了变化。在新拌水泥浆中,这种水的相对含量约为3%~5%,到终凝时,增加到总含水量的25%。水泥浆中的主要水分位于颗粒之间,使其孔隙空间的尺寸可能变化在1~50μm之间或更大些。它的厚度比那些联结微弱的水溶剂薄膜约大数十倍或数百倍。另外,由于毛细管力的作用和水泥在水化过程中凝胶的形成,在颗粒之间的水分与水泥浆的结构靠物理力而黏结在一起,这种水称为自由水。它不是化学结合,也不受固相分子力的作用。在水泥浆刚拌制后,自由水的相对含量约为水总体积的95%,而到终凝时则减至65%~79%。因此,自由水对水泥浆流动性的影响最大。
  在水泥浆中加入骨料对材料的性能有重要影响。由于吸附力、分子力和毛细管力的作用,紧贴骨料表面的水泥浆层会失去流动性。这种相互作用波及到微细的水泥颗粒,于是骨料对水泥浆的作用区扩大。作用区的厚度取决于水泥和骨料的性能,平均约为10~15μm。骨料的影响随其含量和比表面积的增加而有所增加。
  根据水泥浆和骨料间比例的变化,浇注料拌和物有三种主要构造类型,每一种类型都表征浇注料成型时的一定性能和特点。在第一种结构中,骨料颗粒相距很大,实际上它们之间无相互作用。颗粒只影响其贴紧的水泥浆,其总作用与骨料颗粒含量及其比表面积成正比。在第二种结构中,水泥浆较少,仅填充在骨料颗粒间的空隙中,而颗粒本身的活动是很有限的,其润滑层的厚度在骨料颗粒接触部位等于水泥颗粒平均直径的1~3倍。在这种情况下,每个骨料颗粒的作用区互相交错,骨料颗粒之间发生摩擦。为了赋予拌和物类似第一类结构形式的流动性,则要求施加更强烈的作用力,或借助改变加水量来增加水泥的流动性。第三种结构中,水泥浆很少,它只能以不大的厚度包裹骨料的颗粒,只能填充骨料问的部分空隙。
  每一种结构都具有决定其性能及各种因素对性能影响的规律性。对第一种结构来说,具有决定意义的是水泥的性能,即按黏性液体特征关系确定的流变性能。在第二种结构中,骨料的作用及其颗粒间的摩擦作用有所增大。第三种结构中骨料对性能则有特别显著的影响,在这种情况下.,描述其流变性能时,则应考虑(干料间的)内摩接力的影响。    ’
  随着骨料的增加,逐步完成从一种结构形式向另一种结构形式的过渡。最初,过渡只出现在局部的小体积中,然后慢慢扩大到拌和物的整个体积。当从第二种形式过渡到第三种形式时,最初(当填充骨料空隙的水泥浆较多时)是在搅拌和浇灌时,浇注料拌和物内吸人大量微细空气泡,宛如增加了水泥浆的体积,从而更好地填充了骨料颗粒间的空隙,这种构造实际上属于第二种。当继续减少水泥浆的含量时,就会增加吸入空气的体积及气泡的尺寸,产生连续的大量的断裂和缝隙:,这种构造则已属于第三种。由于浇注料拌和物的构造具有渐变的特性,不同构造之间的界限只是假定的。当水泥和骨料的性能,浇注料拌和物的流动性、成型方式和其他因素变化时,这些界限的变动是很大的。
  普通耐火浇注料拌和物属于第二种结构形式。这种结构的特点在于可在最小水泥用量时,获得具有一定流动度的不离析的浇注料拌和物。

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