铝酸盐水泥耐火浇注料

　　铝酸盐水泥耐火浇注料的品种较多，配合比不同，性能各异，施工制作方法和养护制度也不同，但影响性能的因素，基本是类同的。

　　一、水泥用量

　　水泥是耐火浇注料的重要组分之一，是决定强度的重要材料，也影响其他性能。水泥品种及其用量的不同，对性能的影响也有差别。

　　CA-50水泥高铝质耐火浇注料的水泥用量，对其性能影响见表1。耐火骨料和粉料均为二级矾土熟料，其骨料与粉料和水泥之比为70:30，外加水量为10%。从表中看出，随着水泥用量的增加，常温耐压强度提高，1200℃烧后耐压强度比烘干耐压强度降低40%~65%，耐火度和荷重软化温度不断降低，而烧后线收缩也随之增大。这是由于CA-50水泥杂质含量高，耐火度低，用量增加时，其浇注料加热过程中的液相量多，致使性能下降。因此，在保证常温强度的条件下，应尽量减少CA-50水泥用量，以提高耐火浇注料的高温性能。当减少水泥用量后，应适当增加耐火粉料，使水泥和粉料的合量能够充分地包裹住耐火骨料，并使耐火浇注料能够获得最大的密实度。常用水泥用量为10%~15%。

　　二、水用量

　　铝酸盐水泥品种不同，配制的耐火浇注料也不同。同一种水泥，也能配制成多品种的耐火浇注料。在耐火浇注料配合比和工艺条件相同时，其水用量对耐火浇注料性能影响规律是基本相同的。耐火骨料和粉料均为二级矾土熟料，骨料为<15mm的统料70%，粉料和水泥各为15%。成型初凝后潮湿养护1d拆模，然后进行标准养护23检验各种性能。浇注料随着水用量的增加，各种性能普遍有较大的下降:常温耐压强度降低27%~35%，烘干耐压强度降低到19.1MPa，烧后耐压强度降低约为40%，高温耐压强度降低57%左右;荷重软化温度由14001降至12501，烧后线变化由-0.38%降为-0.96%，显气孔率由19%增至23%，体积密度由2.29g/cm3降至2.17g/cm3。这就是说，配制铝酸盐水泥耐火浇注料时，水用量(或水灰比)的选用十分重要。当水用量多时，加热后，水分逸出，孔隙增多，结构疏松，致使各种性能全面降低。因此，在保证其施工和易性的条件下，应尽量减少拌和物的水用量。在不掺减水剂的前提下，铝酸盐水泥耐火浇注料的适宜水用量为10%~13%。

　　应当指出，在耐火浇注料配合比和制作工艺基本相同时，其水用量有个最佳值，如表2中，水用量11%为最好，与其他水用量比，全面性能最优。所以，铝酸盐水泥耐火浇注料施工制作时，应先试拌和，选择最佳流动度，比较常温强度的大小，确定最佳的水用量，而后方可生产制作和施工。

　　三、耐火粉料

　　铝酸盐水泥耐火浇注料一般均掺加适宜的耐火粉料，其作用：(1)减少水泥用量，能降低成本且提高使用温度;(2)耐火粉料能起瘠化作用，高温下又能参与反应而形成耐高温矿物，提高耐火性能;(3)耐火氧化物超微粉的掺加，能降低水用量，高温下形成耐高温矿物或增强烧结性，故能提高浇注料的性能。耐火粉料的品种、细度及其用量，是影响浇注料性能的重要因素。

　　在CA-50水泥耐火浇注料配合比相同时，分别用二级矾土熟料和电熔刚玉作耐火粉料，后者比前者的荷重软化温度提高100~200℃，1600℃的烧后线变化由收缩转为膨胀，使用温度能提高100℃左右。

　　一般来说，耐火粉料越细，耐火浇注料性能越好;当采用超微粉代替部分耐火粉料时，其体积密度增加，显气孔率降低，强度显著提高。

　　耐火粉料用量有个最佳值;即15%-18%时，体积密度比较大，常温和1350℃烧后耐压强度较好。当耐火粉料用量少时，与水泥的合量，不足以包裹住耐火骨料，致使组织结构不紧密，所以性能降低;当耐火粉料用量多时，与水泥的合量，包裹耐火骨料有余，致使水用量增多，高温烧结收缩大，故性能也降低。

　　四、耐火骨料

　　耐火骨料是耐火浇注料的重要组分之一，其品种、品级、最大粒径及颗粒级配等，是影响性能的主要因素。

　　耐火骨料品级、杂质含量和烧结优劣等，也影响其性能。例如，当用矾土熟料作耐火骨料时，随着Al2O3含量增加，即品级提高，浇注料的耐火度和荷重软化温度提高，烧后线变化减小;当该料欠烧或杂质含量多时，其耐火度和荷重软化温度降低，烧后线收缩大。因此，应根据铝酸盐水泥品种，选择烧结良好、纯度高的适宜耐火骨料，方可配成高性能的耐火浇注料。

　　20%的CA-60水泥作结合剂，拌和物流动度相同，即水用量不同。从表中看出，编号1和编号2的骨料颗粒级配较好，因此水用量少，体积密度大，显气孔率小，常温和烧后耐压强度较高;当细骨料较多时，如编号4，其颗粒表面积增加，需要较多的水泥和粉料，方能包裹住骨料且骨料间不密实，致使水用量增多，耐火浇注料性能有所降低。

　　耐火骨料颗粒级配一般是三级级配，两头大中间小，砂率为0.45~0.55。配制优良的耐火浇注料，应采用多级级配;使用温度低且不重要的部位，耐火骨料允许用自然级配颗粒即统料。在生产耐火骨料统料时，也应控制大、中、小颗粒间的比例，防止过大的颗粒发生偏析，以便配制成质量好的耐火浇注料。

　　五、外加剂

　　铝酸盐水泥耐火浇注料常用的外加剂，一般分为减水剂(塑化剂)、促凝剂和缓凝剂，另外还掺加烧结剂和膨胀剂。烧结剂有软质黏土、锂辉石、膨润土和金属硅等，目的是提高耐火浇注料的中温强度;膨胀剂有蓝晶石、硅线石和硅石等，在高温下产生膨胀以补偿浇注料的收缩，提高其使用性能;促凝剂有NaOH、Na2CO3、三乙醇胺、硅酸钠、锂盐和硅酸盐水泥等，一般在特殊情况下使用。例如，配制喷涂料时，采用CA-50水泥70%和硅酸盐水泥30'混合成复合结合剂，当料达到受喷面时能较快凝结硬化;缓凝剂有NaCKAlCk硼酸、羧甲基纤维素、葡萄糖酸钠、异丙醇和木质素磺酸盐等，多数减水剂也有缓凝效应。例如CA-50水泥耐火浇注料掺加0.1%的AlCl3，凝结时间由4h延至6个多小时，1天耐压强度由50MPa提高至56MPa;减水剂是应用最多的外加剂，也称为表面活化剂，主要有:亚甲基二萘磺酸钠(牌号NNO)、β-萘磺酸盐甲醛缩合物(牌号JN、NF……)、聚亚甲基磺酸钠聚合物(牌号MF)、木质素磺酸盐(分为M型、木钙和木钠等)、磺化焦油类、烷基磺酸钠、磺化三聚氰胺甲醛缩合物(即蜜胶树脂)、盐酸羟胺，尿素、羟基羧酸及其盐类(包括酒石酸、柠檬酸和葡萄糖酸及其钠盐等)、碳酸氢钠、硼酸、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠等，其用量占水泥质量的0.005%~1.0%。

　　众所周知，铝酸盐水泥耐火浇注料加水拌和时，水泥颗粒间形成一种絮凝构造，拌和水的一部分形成水膜，另一部分则被水膜包围的游离水，不起改善浆体流动性的作用。为了提高浇注料的流动性，必须增加水用量，从而降低其性能。当掺加减水剂后，减水剂的疏水基团定向的吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，组成了单分子或多分子吸附膜。由于减水剂分子的定向吸附，使水泥质点表面上带有相同符号的电荷，在电性斥力的作用下，使水泥颗粒间的絮凝构造分散解体，释放出游离水，起到了减水作用。同时，减水剂能湿润和润滑水泥颗粒，便于流动，也可减少水用量。总之，减水剂能分散、湿润和润滑水泥颗粒，达到减水增强的目的，其本身一般不参与反应，也不能提高浇注料的强度。

　　一、二级矾土熟料混合粉：一级黏土熟料骨料=15:15:70;酒石酸或柠檬酸与碳酸氢钠组成复合减水剂(称为CB型)，再加占水泥质量0.1%~0.05%的木钙减水剂(则称CBM型)，表中二者用量为总料质量的百分比;TNH为水溶性蜜胺树脂。这几种减水剂是用于电熔铝酸盐水泥刚玉质耐火浇注料的。从表中看出，掺加极少量减水剂，其减水率为10%~39%，对于CA-50水泥耐火浇注料常温3d和10007烧后耐压强度分别提高7%~22%和24%~47%;对于电熔铝酸盐水泥刚玉质耐火浇注料常温1d和1000℃烧后耐压强度，则分别提高52%~65%和61%~75%。这就是说，复合减水剂的使用效果比单一减水剂好，总的看，均具有减水增强的作用。

　　试验表明，在铝酸盐水泥耐火浇注料中，掺加MF、木钠、烷基磺酸等，有较好的减水效果，但缓凝较重，影响早期强度;当单独用酒石酸、柠檬酸和三聚磷酸钠等，泌水较大，能提高浇注料的密实性，但减水效果不大。因此，减水剂应复合使用最好。

    减水剂有个最佳值，磺化洗油的适宜用量为0.5%~2.0%，JF的为0.225%~0.300%，此时各种性能有较大提高。

　　CA-70水泥耐火浇注料的配合比：小于7mm的黏土熟料60%，Al2O3为75%的矾土熟料粉25%，软质黏土粉3%和CA-70水泥12。不加减水剂时，浇注料的水用量为11.5%;掺加NNO、MF、三聚磷酸钠和柠檬酸钠减水剂后，均有减水效果，前两种比后两种的效果更明显，减水率可达20%以上。

　　同时，随着减水剂用量的增加，减水率有个最佳值;从烘干抗折强度上看，减水剂用量也有个最佳值。从CA-70水泥耐火浇注料的综合性能上看，减水剂的最佳用量:NNO为0.5%;MF、棕檬酸钠和三聚磷酸钠为0.2%。当减水剂用量多时，不但不起减水作用，反而降低其性能。

　　应当指出，耐火浇注料用的铝酸盐水泥品种不同，选择的外加剂及其用量也有所区别，一般应试验确定;在保证铝酸盐水泥耐火浇注料原有性能的前提下，掺加减水剂后可适当降低铝酸盐水泥用量，即能节约水泥。这样可降低耐火浇注料的成本，因低熔点物质带入的较少，故能提高使用性能。

　　六养护制度

　　养护制度分为标准养护、自然养护、潮湿养护、蒸汽养护、水中养护和干燥养护等。标准养护是在温度(20±3)℃和湿度大于90%的条件下养护。铝酸盐水泥耐火浇注料成型初凝后，置于何种养护制度下养护，十分重要。

　　铝酸盐水泥耐火浇注料初凝后，随着养护制度的不同，常温和烘干耐压强度也不同，这是由于水泥的水化产物和晶型转变不同所致。在一般情况下，由于水泥遇水后产生的水化热在2~3h内较为集中，可达80%左右，强度上升很快，因此1天常温强度较高，3天常温强度增长不多。潮湿养护和蒸汽养护时，烘干强度较好。

　　应当指出，铝酸盐水泥耐火浇注料选材合理、配合比得当，可在任何养护制度下养护，均能获得较好的性能。经过烘干后，水化产物一般转变为C3AH6和AH3晶体，因此强度也基本相似。在生产施工中，因各种因素影响，同时防止早期失水产生碳化而使浇注料表面疏松，所以铝酸盐水泥耐火浇注料成型初凝后，应在潮湿淋水环境中养护，环境温度15-25℃，养护时间2~3d。