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不同硅微粉的质量及其对高铝质耐火材料浇注料施工性能的影响赵惠忠1 杨辅龙1 崔江涛2 余强2 1)武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室培育基地武汉4 3 0 0 8 12)郑州汇特耐火材料有限公司郑州4 5 2 3 7 0摘要选用国内耐火材料企业常用的5 种不同品位的硅微粉，分别测定其堆密度，化学成分，颗粒粒度分布，比表面积，分散液的p H 值和Z e t a 电位，初步弄清了不同硅微粉之间存在的差异以高铝矾土，纯铝酸钙水泥为原料制备高铝质浇注料的基质悬浊液，分别取这5 种硅微粉的掺入量为3，4，5，6，研究其p H 值随时间变化情况，并与添加0 2 S，I P P 后的试验对比，结果表明：Z e t a 电位是影响浇注料施工性能的主要因素，通过添加少量减水剂可以改变浇注料的p H 值，从而改变基质浆料的Z e t a 电位值和泌水性，且能调整浇注料基质的流动性及硬化时间，使浇注料达到最佳施工性能关键词硅微粉，浇注料，Z e t a 电位，p H 值，g：r-,L 生能引言很多耐火材料厂的工程技术人员都发现这样一个问题：为什么相同厂家生产的不同批次的硅微粉在耐火浇注料施工时会出现不同的施工性能并影响浇注料的使用性能?即使相同牌号相同档次的硅微粉，为什么不同厂家生产甚至相同厂家在不同时间生产的硅微粉也常会出现不同的浇注料施工性能呢?从硅微粉的主要成分及理化指标上分析，几乎很难看出导致差异存在的原因。那么，到底是什么原因引起硅微粉品质的改变，从而产生对耐火浇注料施工性能响乃至使用性能的影响呢?为此，我们收集了目前国内多家耐火材料厂家使用的5 种硅微粉，进行了相应的研究分析，以期能找到解决耐火材料科技人员在应用硅微粉进行耐火材料新产品研究、开发及应用过程中碰到以上问题的原因及解决途径。1实验1 1 样品收集目前，在国内耐火材料厂家使采用的硅微粉品质不尽相同，为使所收集的实验样品具有代表性，我们从国内多家耐火材料厂家进行了样品采集，共收集到5 种微粉，并对这些微粉进行了相应的测试分析。1 2 实验过程及流程用美国T h e m oE l e m e n t a l 仪器公司生产的型号为I R I SA d v a n t a g eR a d i a l 的等离子体光谱仪(I C P)对样品进行化学成分分析。用英国M a l v e m 公司制造的M a s t e r s i z e r 2 0 0 0 激光粒度分析仪测试不同微粉的颗粒粒度分布。用美国康塔仪器公司生产的A u t oS o r b 1 M P 全自动比表面积和孔隙率测试仪，采用B E T氮气吸附法测试硅微粉的比表面积。用美国路易企业有限公司生产的Z e t a P r o b e 型Z e t a 电位仪测试硅微粉分散液的Z e t a 电位。用杭州雷磁分析仪器厂生产的p I-I s 一3 C 型数显酸度计测试硅微粉悬浊液的p H 值。2 实验结果与分析2 1 化学成分由于所收集的样品是从国内多家不同耐火材料厂家获得，具有一定的代表性和多样性，其化学成分测试结果如表1 所示。表1 样品的化学成分(w)为后面实验标识方便起见，取S i 0 2 含量的整数位为硅微粉命名，硅微粉1 5 分别称为硅微粉3 9、硅微粉8 5、硅微粉8 8、硅微粉9 1、硅微粉一9 3。2 2 比表面积比表面积是指1 9 固体物料的总表面积，单位为m 2 矿1。粉体粒度越小，则比表面积越大，其表面能越高，越容易起化学反应。比表面积是衡最粉体特性的重要参量，其大小与颗粒的粒径、形状、表面缺陷及孔结构密切相关【l l。比表面积分析测试方法有多种，但因气体吸附法测试原理的科学性，测试过程的可靠性，测试结果的一致性，在国内外被广泛采用，并已成为公认的最具权威的测试方法。许多国际标准组织都已将气体吸附法列为比表面积测试标准，如美国A S T M 的D 3 0 3 7，国际I S O 标准组织的I S O 9 2 7 7，我国的G B T1 9 5 8 7 2 0 0 4。气体吸附法测定比表面积原理，是依据气体在固体表面的吸附特性，在一定的压力下，被测样品颗粒或粉体(吸附剂)表面在超低温下对气体分子(吸附质)具有可逆物理吸附作用，并对应一定压力存在确定的平衡吸附量。通过测定出该平衡吸附量，利用B E T 理论求出被测样品的比表面积 2-3 1。不同硅微粉试样的比表面积测试结果如表2 所示。硅微粉的比表面积直接与其细度和分布有关，粒度细度越小，分布越窄，则比表面积越大。表2 硅微粉的比表面积m 2 f 1从比表面积的测试结果看出看出，虽同被称作硅微粉，但其比表面积值差别很大。除硅微粉8 5 外，硅微粉的比表面积与其纯度有一定的对应关系，即纯度越高，比表面积越高。硅微粉一8 5 虽纯度比不上硅微粉一8 8、硅微粉9 l 和硅微粉-9 3，但其比表面积却是本实验中最大的，这决定了其与水反应的特性及其在水分散体系中的抗沉降特性。2-3 堆密度及粒度分布散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。粒度分布有区间分布和累计分布两种形式。区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分布也称积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。实验硅微粉样品的粒度分布结果如图l 所示。述墨求恤娶蛙0 111 01 0 0颗粒尺寸m m1 0 08 0永6 0凄4 02 0011 01 0 0颗粒尺寸岫图1 硅微粉粒度分布由图l 可见，除硅微粉3 9 外，其它四种硅微粉具有相似的粒度分布，且最可几分布范围落在0 1 7 8-0 2 2 2l u n。硅微粉8 5 分布范围最窄，硅微粉3 9 具有明显的双蜂分布，但其粒度分布范围较宽，0 2 1 1 0l u n 范围内都有分布，在O 7l u n 附近集中度最高。不同硅微粉的粒径主要特征参数值见表3。表3 粒径特征参数值测试结果表明几种硅微粉的堆密度均很小，都属于原态硅微粉。原态硅微粉是指通过收尘器直接收集到的产品。2 4 水分散相的p H 值实验所用的5 个样品加水充分分散2 0 m i n(百分含量为5)后，每隔1 0m i n 测试一次分散液的p H值，并绘制成p H 值随时间变化的曲线，并用线性拟合得各试样的p H 与时间t 之间的函数关系，结果如图2 所示。删时间分钟囤2 硅微粉水分散液的p H 值随时问的变化*系由图2 看出，不同硅微粉水分散液的p H 值具有很大的差异。硅微粉-8 5 分散系的p H 9，呈较强碱性，其它3 种硅微糟分散演的p H 在6 8-7 5 5 之间，也备不相同，且分散体系的D H 值与时间均成正比关系(线性关系式的斜率均为正)，也即随着时问的不断延长，分散渡的p H 均有不断增大的趋势。表4 列出了静置2 4 h 斤各试样的水分散相的p H 及分散液的外观。表4 静置7 A h 后不同硅微粉分散体系的外观噩p Hp H73 u2部84283 394 0现分层明R，t 层为黑色乳液，有胶浅黄色乳浊椎有乳白色乳浊披，有乳自色乳浊液，宵象透明澄清的水状物无分层一定的分层现象一定的分层现霉轻度分艋虽有资料报道硅微粉水分散体系的p H 由硅微粉化学组成中碱金属氧化物及碱十金属氧化物(R O+R 2 0)决定，但从本实验的鲔粜根难找到这一结论的依据。如硅镟粉8 5 与硅微耪一8 8 的R O+R 2 0台量分别为5 A 1 和5 6 7，但前者的水分散相呈较强酸性，后者呈碱性，而硅微粉9 l 中R O+F 2 0 为4 A 1，其水分散液也里碱性。这可能与制备砘微糟的工艺条件及所用原料有关。可溶性s i 0 2 浒干水时因条件的不同可形成不同的分敞体系，如圈3 所示。那么在相同的溶解或分散条什下如果形成了不蝌的分散体系则说明溶质或分敞质具有不同的性能。硅微粉，8 5 的分散液的p H 2 5)溶腔(12 n 2 5)胶溶州(Op I l OO p H ln S i 仉m 啪l 基2 蹲n S i 仉棚2 0 苎。写H l I S i,O q潜胶成真溶液真格液真溶液薹=：=：事I l S j O l 兰=乒H 参t m 苎=躺i 0 8l p H 33 p I I 86 p H l Ol噩n S i m 啪0 ln S i 仉-证3 n 6多核大控子冻胶或凝胶(胶体溶液)曼=1 2 等H 书iz 仉兰=2 弓S j O，1 0 p H E，I璺芑耍od可苟N分散体系最稳定的p H 范围，即Z e t a 电位绝对值取得最大值的p H 值范围，对于不同的硅微粉具有不同的取值范围，一般p H 值在D 8 时具有最大的Z e t a 电位，但硅微粉8 5 则在p H 1 0 后表现出最大的Z e t a电位。Z e t a 电位的大小，直接决定着耐火材料浇注料的作业时间及施工性能，因此在使用时同样必须了解硅微粉的Z e t a 电位。2 6 硅微粉对高铝质浇注料结合体系的影响以高铝质浇注料为研究对象，按一般浇注料的配比规律(骨料：基质=7：3，纯铝酸钙水泥加入量为3)，将结合体系抽取，单独研究不同硅微粉及其不同加入量对结合体系性能的影响。表5 为没加减水剂的条件下，5 种硅微粉及其不同加入量在不同时间条件下所测的高铝质浇注料结合体系的p H 值。表5 硅微粉对高铝质低水泥浇注料结合体系的酸碱度的影响(2 5 C)注t 泌水H 斗较明显泌水；泌水+少量泌水：泌水+轻微泌水由表5 可见，硅微粉分散液的酸碱度决定着浇注料结合体系初始的酸碱度。硅微粉的加入，可明显改变结合体系的p H，且随着硅微粉添加量的增加，这种影响程度越大。而随着静置时间的延长，体系的p H 值不断提高。这与硅微粉及水泥不同的水化速度有关，如硅微粉8 5 的水分散相呈较强酸性，使得高铝质浇注料的结合系统的也呈酸性，但随着时间的延长，结合系统的p H 不断增大，但经1h 后结合系统的酸碱度可达到中性范围。另一方面，加入水分散相呈酸性的硅微粉的高铝质浇注料结合系统经1h 静置后均有明显的泌水现象出现。浇注料的泌水现象对浇注料的性能是有害的，易造成预制件表面开裂，表面强度降低、结构不均匀等问题，实际使用时应采用减小剂或增稠剂来改善这一问题。表6 为加入S T P P 减水剂后不同硅微粉对高铝质浇注料结合系统酸碱度的影响。从表6 可以看出，加入0 2 S T P P 减水剂后，高铝质浇注料结合系统的酸碱度得到了改变，泌水程度也得到了改善，且初凝时间也可延长到7 0 8 0n f i n，但减水剂的加入量也要与硅微粉的添加量相适应。表6 加入0 2 S T P P 减水剂不同硅微粉对浇注料结合系统酸碱度的影响(2 5)lh 时物料性能除加硅微粉8 5 外均无泌水现象，有较好的触变性3 结论硅微粉是耐火浇注料常用的添加物，由于其制备时的原料及工艺的不同，其纯度(或杂质)存在明显的差异，从而表现出Z e t a 电位厚其水分散相酸碱度的不同，从而影响浇注料的施工性能、硬化时间，进而影响耐火材料浇注料的使用性能，因此，当作为耐火材料添加物使用时，首先应了解硅微粉的纯度，再弄清其水分散液的酸碱度和Z e t a 电位，并采取适当的措施调整其分散相的酸碱度，使其适应相应耐火材料浇注料的施工性能要求，最大限度地发挥其在耐火浇注应用上的作用。参考文献【1】王虎，张萍非金属矿物比表面积及孔隙度测试方法研究【J】矿产保护与利用，2 0 0 1(4)：1 8 2 3【2】闰晓英，贺蒙气体吸附B E T 法测量固态物质比表面积不确定度评定叨，现代测量与实验室管理，2 0 0 8(3)，2 0-2 2【3】李忠全I S 0 9 2 7 7 1 9 9 5 气体吸附B E T 法测定闽态物质的比表面积叨，粉末冶金工程，1 9 9 6(6)，2：3 8 4 3【4 1 沈钟，赵振国，王果庭胶体与表面化学(第三版)【M】北京：化学工业出版社，1 9 9 4 不同硅微粉的质量及其对高铝质耐火材料浇注料施工性能的不同硅微粉的质量及其对高铝质耐火材料浇注料施工性能的影响影响作者：赵惠忠，杨辅龙，崔江涛，余强作者单位：赵惠忠,杨辅龙(武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室培育基地 武汉430081)，崔江涛,余强(郑州汇特耐火材料有限公司 郑州 452370)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.彭红.Bjrn Myhre.Jan-Olaf Roszinski 硅微粉对矾土基耐火浇注料性能的影响会议论文-20072.贺智勇.彭小艳.王素珍.曾振宇.He Zhiyong.Peng Xiaoyan.Wang Suzhen.Zeng Zhenyu 硅微粉对超低水泥浇注料流动性的影响期刊论文-硅酸盐通报2005,24(6)3.李泽亚.金从进 硅微粉含量对AlO-SiC-C浇注料性能的影响会议论文-20034.薛海涛.汪厚植.顾华志.彭红.李健.朱晶晶 几种分散剂对硅微粉悬浮液分散性的影响会议论文-20085.张欣.申少华.曹国娥.刘俊成 活性超细硅微粉在低水泥耐火浇注料中的应用研究期刊论文-非金属矿2003,26(6)6.贺智勇.彭小艳.李林.刘开琪 硅微粉对超低水泥浇注料流动性影响的研究会议论文-20057.刘亚茹 二氧化硅微粉对氧化铝-尖晶石浇注料性能的影响期刊论文-国外耐火材料2003,28(3)8.新民.李连洲 对硅微粉在耐热浇注料结合剂中作用的研究期刊论文-国外耐火材料2004,29(1)9.张巍.戴文勇.李亮.Zhang Wei.Dai Wenyong.Li Liang 硅微粉及热处理温度对铝矾土基喷涂料性能影响期刊论文-中国粉体技术2010,16(3)10.曲殿利.张芸.陈俊红 硅微粉对提高中间包浇注料使用性能的研究期刊论文-鞍山科技大学学报2003,26(1)本文链接：http:/