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1、浅析结合剂和水分对耐火浇注料性能的影响 闫中广 （山西省阳泉市质量技术监督检验测试所 山西阳泉 045000） 摘 要：耐火浇注料中加入结合剂和水分数量的不同，对耐火浇注料使用性能具有明显的影响。本实验以高铝矾土熟料为主原料，通过配方设计，加入5％的A80水泥，配制成矾土基低水泥浇注料，浇注加工成四份不同的试样，其中硅灰Ⅰ≥85％三种，硅灰Ⅱ≥95％一种，通过检测比较，得出不同含量的加水量和硅灰对同一配比的浇注料性能的影响趋势。 关键词：浇注料；流动性；线变化；抗折强度；耐压强度；体积气密性 耐火浇注料是一种由耐火物料制成的粒状和粉状材料，加入一定量的结合剂和水分
2、共同组成，具有较高流动性，是一种采用浇注方式成型的不定形耐火材料。低水泥浇注料是以微粉作结合剂、以铝酸盐水泥作促凝剂、添加部分防爆剂、减水剂生产的一种浇注料。本实验采用低水泥结合耐火浇注料，结合剂的结合方式采用水化结合，借助常温下结合剂与水发生水化作用生成水化产物。 1 浇注料的配料 本实验采用特级高铝矾土（88矾土）2500g（四份）为主要原料，外加有六偏磷酸钠与酒石酸。配方各原料与各原料的质量百分比如表1所示 表1浇注料配料方式 矾土颗粒分级/mm 质量百分比 质量/g 8-5mm 15% 375 5-3mm 25%
3、625 3-1mm 15% 375 1-0mm 10% 250 细粉 26% 650 A80水泥硅灰≥85% 5% 125 硅灰Ⅱ96% 5% 125 六偏磷酸钠 0.10% 2.5 酒石酸 0.01% 0.25 2 试样成型 2.1根据配比准确称量各种原料、外加剂的质量，分别放置，取硅灰≥85%的A80水泥三份，分别标号1#、2#、3#，取硅灰Ⅱ（96%）单独一份标号7#。 2.2将称好的原料放入水泥胶砂搅拌机中边搅拌边加水，整个过程大约3分钟，加水后泥料完成时记录初始时间，直到试模内的泥料初凝记录结束时间，之间即为初凝时间
4、T。 2.3将准备好的三联试模紧固在水泥胶砂振动台上，将混合好的泥料放入模具，启动振动台，边振动边用镘刀将试模内料面拉毛，直至震动结束。 2.4从振动台上取下三联试模，用镘刀轻轻除去高于试模的料，并抹平表面。 2.5从加水开始到试样成形的全部时间不得超过10分钟。 各组试样参数对比如表2所示 表2试样参数对比 样品号 1# 2# 3# 7# 加水量ml 150 140 130 115 流动范围㎜ 110 120 110 105 115 125
5、105 105 150 130 110 125 115 145 140 135 平均流动范围 122 130 116 114 初凝时间min 184 173 120 65 流动性 144% 160% 132% 128% 3 试样养护 3.1气硬性耐火浇注料试样模具置于温度15-25度的自然环境中，养护24小时后脱模，修除边棱毛刺，再在相同条件下存放72小时。 3.2水硬性耐火浇注料试样带模置于相对湿度不小于90%，温度为20±3℃的养护箱中，养护24小时后脱模，修除边棱毛刺，再在相同条件下存放72小时。 3.3取出一组样品检测
6、抗折强度（侧压），测量断面的宽和高，记录数据如表3所示 表3 脱模与24小时养护后的抗折强度 样品号 1# 2# 3# 7# 常温抗折强度Mpa 3.35 4.32 5.15 6.85 最大载荷kN 1.41 1.845 2.2 2.91 试样中部宽度㎜ 39.22 39.22 40.46 40.78 38.24 39.96 40.84 40.02 平均宽度㎜ 38.73 39.59 40.65 40.4 试样中部高度㎜ 40.1 40 40.1 40.5 40.82 40.06 40.
7、2 40 平均高度㎜ 40.46 40.03 40.15 40.25 4 试样烘干 将试样一起放入电热干燥箱中，在110±5℃条件下干燥至恒重。干燥后试样随烘箱冷却至室温。取一组试样，并测量抗折强度和耐压强度，记录数据如表4所示 表4 烘干后的抗折、耐压强度 样品号 1# 2# 3# 7# 抗折强度mPa 6.5 10.2 10.15 没折 抗折最大负荷kN 2.73 4.4 4.78 耐压强度mPa 44 47 63 81 耐压最大负荷kN 70.36 75.68 101.1 128.85
8、 5 试样线变化率的检测 取一组冷却下来的试样进行线变化的测定。用分度值0.05mm的游标卡尺测量这组试样并记录尺寸，再将试样放入高温炉中烧成，冷却至室温后再次测量并记录其尺寸。如表5。烧后线变化率是指试样在规定温度下加热并保存一定时间，长度不可逆变化的量。以试样焚烧前后长度变化的百分率表示。 ΔLh=L2-L1/L1 *100 式中：ΔLh-试样烧后线变化率，%； L2-烧后试样长度，mm； L1-烘干前试样长度，mm。 表5烧成前后的线变化率 样品号 1# 平均 2# 平
9、均 3# 平均 7# 平均 L/mm L1 160.92 160.96 160 159.96 160.3 160.13 159.72 159.82 L2 161 159.92 159.96 159.92 L'/mm L1' 159.92 159.91 158.32 158.31 159.3 158.98 158.56 158.91 L2' 159.9 158.3 158.66 159.26 线变化率ΔLh=L2-L1/L1 *100 -0.65 -1.03 -0.72 -0.57
10、 6 试样显气孔率与体积密度的检测 6.1显气孔率：指多孔材料中所有开口气孔的体积与总体积之比值，以%表示； 体积密度：指多孔材料的质量与总体积之比值，以ɡ/㎝3。 6.2原理：称量试样的干燥质量，再用液体静立称量法测定试样体积，计算显气孔率、体积密度。 6.3设备：电热干燥箱；抽真空装置；带溢流管的容器；天平；毛巾 6.4实验步骤 （1）试样要求：每组试样不得少于三块，体积为100-200㎝3,，其最长边和最短边之比不超过2:1。 （2）干燥试样的称量：先把试样表面粘附的细碎颗粒刷净，在电热干燥箱中于110±5℃烘干两个小时后，并于干燥箱中自然冷却至室温。称量每个试样的质
11、量记录为m1，精确到0.01g。 （3）试样浸渍：将试样放于容器中，至于抽真空的装置中，抽真空至剩余压力小于2.5KPa，保持恒压5min，然后5min内缓慢注入浸渍液，直至试样完全淹没。在真空中保持30min，使试样充分饱和。 （4）饱和试样表观质量测定：将饱和试样迅速移至带溢流管的容器中，掉在天平的挂钩上，待浸渍液完全淹没试样并于页面平静后，称量饱和试样在液体中的悬浮质量，记作m2.精确到0.01g。 （5）饱和试样质量测定：从浸渍液中取出试样，用饱和了液体的毛巾，小心擦去试样表面多余得液滴（不得把气孔中的液体吸出）。立即称量饱和试样在空气中的质量，记作m3，精确至0.01g。 6
12、5试样数据的采集与计算 烘干后：（m1干燥试样的质量，m2饱和试样的表观质量，m3饱和试样在空气中的质量。）如表6-1 表6-1 烘干后试样质量测量 质量\组数 1# 2# 3# 7# m1/g 399.147 421.279 354.368 392.993 m2/g 285.25 300.175 252.295 277.266 m3/g 417.769 440.405 369.672 406.228 显气孔率% 12.69 13.64 13.04 10.26 体积密度g/cm3 3
13、01 3.00 3.02 3.05 质量\组数 1# 2# 3# 7# m1/g 371.071 355.312 356.406 348.727 m2/g 265.951 254.52 255.333 249.973 m3/g 385.324 367.392 368.329 361.862 显气孔率% 11.94 10.70 10.55 11.73 体积密度 g/cm3 3.11 3.15 3.15 3.12 烧成后：（m1干燥试样的质量，m2饱和试样的表观质量，m3饱和试样在空气中的质量。如表6-2 表6-2
14、烧成后试样的质量测量 7 热震稳定性的检测与之后耐压强度的测量 7.1抗热震性： 耐火制品对温度急剧变化所产生破损的抵抗性能。 水急冷法：试样经受急热后，以5-35℃的流动水作为冷却介质急剧冷却的方法。 7.2实验步骤 （1）试样干燥：试样应于110±5℃温度下干燥至室温； （2） 装样：将试样装在试样夹持器上，试样间距不小于10mm，且试样不得叠放。要保证试样50mm长一段能够经受急冷急热，在试样夹持部分，试样与试样间必须用厚度大于10mm的隔热材料填充。用方格网测量试样受热端面的方格数。 （3
15、急热过程：将加热炉加热到1000℃保温15min后，迅速将试样移入炉膛内。受热端面距离炉门内侧应为50±5mm，距发热体表面应不小于30mm。用隔热材料及时堵塞试样与炉门的间隙。试样入炉后，炉温降低不大于50℃，并于5min内恢复1000℃。试样在1000摄氏度下保持20min。 （4）急冷过程（水冷）：试样急热后，迅速将其浸入5-35℃流动水中50mm深，距水槽底不小于20mm，调节水流量，使流入与流出的水温不大于10℃。试样在水槽中急剧冷却3min后立即取出，在空气中放置时间不小于5min，试样急冷时关闭炉门，使炉温保持在1000℃左右，再将试样做急热过程，反复5次，直至实验结束 （
16、5）热震试样期间观察每节试样的表面，是否有表观裂纹，比较得到加水量比较多的1#在第二次急冷急热后出现微裂纹，当5次急冷急热后，都出现一些微裂纹，1#裂纹有所扩张。 （6）做完热震稳定性的试样放入烘箱烘干，温度控制在110±5℃，并在烘箱内冷却至室温，取出试样，依次将试样在压力试验机上测试热震后的耐压强度，测量结果如表7所示 表7热震稳定性后的耐压强度 样品号 1# 2# 3# 7# 耐压强度mPa 68 86 105 125 最大负荷kN 108.8 138.06 167.74 200.62 8 烧成后的常温抗折强度与耐压强度的检测
17、 检测数据如表8所示 表8 试样烧成后的数据记录 样品号 1# 2# 3# 7# 抗折强度mPa 11 16 18 16 最大负荷kN 4.78 6.81 7.63 7 耐压强度mPa 87 97 65 99 最大负荷kN 139.62 155.2 104.43 158.73 9 实验数据分析 耐火浇注料的使用性能不仅受主原料材质以及主原料粒状、粉状配比的影响，在相当大程度上还取决于添加结合剂品种与数量，另外也受施工技术的控制。 本实验测定的两种情况：一种是同种配料添加水量的不同对浇注料使用性能的影响；另一
18、种是不同硅灰对浇注料使用性能的影响。通过比较1#、2#、3#试样检验结果，可以得出，配置浇注料时，加水量越多，初凝时间越长，烘干前的抗折强度越低，烘干后的抗折、耐压强度不断下降，线变化率有所波动，显气孔率逐渐增大，体积密度基本恒定，烧后的抗折、耐压强度也是逐渐递减。通过比较1#、2#、3#和7#试样检验结果，浇注料中添加硅灰（≥85%）在各项性能测试中较添加硅灰（96%）的都要差一些，在抗折强度与耐压强度以及热震稳定性上都有体现。 参考文献 [1]韩行禄.不定型耐火材料[M].北京：冶金工业出版社，1994 [2]李再耕，贺金舟， 低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料的凝结硬化机理[J].耐火材料， 1991,25（2）：67～71 [3]李志辉，关岩，张玲 无机非金属材料工程专业实验指导书，辽宁科技大学 2009,03 作者 闫中广 男 1973年６月生 工程师 山西省阳泉市质量技术监督检验测试所工作 E-mail sxnhcljyz@ 联系电话 18635321682
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