鋁酸鹽水泥耐火澆注料是指以普通鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑,與耐火骨料和粉料按一定比例配制成的混合料,經(jīng)加水?dāng)嚢琛⒄駝訚沧⒊尚?、養(yǎng)護和烘烤后可直接使用。普通鋁酸鈣水泥有低鐵型和高鐵型之分。低鐵型是以天然低硅鋁礬土(SO2含量小于8%)和石灰石配制燒結(jié)而成。
普通鋁酸鈣水泥結(jié)合的澆注料應(yīng)用范圍較廣,可根據(jù)使用溫度和使用條件分別選用不同類型鋁酸鈣水泥作結(jié)合劑,配加不同的耐火骨料和粉料。通常用于冶金、石化、機械、建材等工業(yè)部門的各種熱處理爐、加熱爐、均熱爐、出鐵和出鋼槽、鍋爐、回轉(zhuǎn)窯窯頭和窯尾,石油化工用反應(yīng)器和各種熱管道與閥門的內(nèi)襯等。
普通鋁酸鈣水泥耐火澆注料可分為三類。礦物組成以CA為主的水泥作結(jié)合劑的A型水泥澆注料。礦物組成以CA2為主(約占60%),其余為CA和少量C2AS的水泥作結(jié)合劑的B型水泥澆注料。礦物組成以CA2為主,幾乎不含CA的水泥作結(jié)合劑的C型水泥澆注料。
（一）A型耐火澆注料：各級粘土質(zhì)或高鋁質(zhì)骨料和粉料按一定比例配合,加A型水泥。因A型水泥在常溫下凝結(jié)硬化速度較快,在水化初期(10h內(nèi))放出熱量較大(約為總水化熱的80%),故在夏季養(yǎng)護過程中,必須隨時噴水冷卻。在冬季養(yǎng)護過程中,要用濕麻布或塑料薄膜覆蓋,以保持澆注料表面潮濕,目的在于避免澆注好的襯體或預(yù)制塊溫度過高,表面水分蒸發(fā)過快,不能達到充分水化,表層出現(xiàn)疏松,導(dǎo)致強度下降。A型水泥澆注料澆注成型后一般經(jīng)過1~3h就可達到初凝,6~8h后達到終凝,強度增長較快,養(yǎng)護1d可達到極限強度的75%,3d可達85%~95%,7d后基本達到極限強度。
①A型水泥澆注料的質(zhì)量取決于所采用骨料的質(zhì)量、骨料的粒度配比、水泥加入量,用水量和養(yǎng)護溫度。對骨料要求燒結(jié)充分、致密、氣孔率低、雜質(zhì)含量低。骨料粒度配比要求設(shè)計成為最緊密堆積,因此宜采用多級配比,常用的級配為:15~7mm20%,73mm25%,3~0.088mm20%,<0.088mm(或<0.074mm)10~15%。A型水泥15~25%,還可加入微量減水劑,以降低用水量,改善施工性能,提高體積密度。
②水泥加入量的影響是:隨水泥加入量的提高,常溫養(yǎng)護后的強度也增大,但加入量大于25%之后,強度增長不大,而且水泥加入量過多時,水泥中的CaO會與Al2O3和SO2生成大量的C2AS或CAS2低熔相,大大降低澆注料的高溫性能,因此,一般水泥加入量為12~15%。
③加水量的影響是:在保持澆注料具有較好的流動值下,用水量值越低,澆注料的強度越高。為降低用水量,可加入0.010.2%的減水劑。養(yǎng)護溫度對A型水泥澆注料強度的影響很明顯。通常在20℃上下養(yǎng)護可獲得較好的強度。低于此溫度水化不完全,強度很難達到最高值;高于此溫度時,達到最高值后會出現(xiàn)強度降低現(xiàn)象。A型水泥耐火澆注料的物理性能隨所結(jié)合的骨料和粉料的材質(zhì)不同而異。
④A型水泥澆注料熱處理后冷態(tài)抗折強度隨溫度提高而下降,這是由于水化物轉(zhuǎn)變和水合鍵破壞所致。但熱處理溫度高于1200℃時,由于燒結(jié),形成陶瓷結(jié)合,強度又隨著溫度提高而逐漸升高,這是與材料(骨料)熱膨脹彌合部分微空隙,使材料粒子間接觸更緊密所致。溫度達到900℃左右強度最高。但到900℃以上,由于開始出現(xiàn)少量液相,強度下降,在1200~1300℃間液相量顯著增大,強度顯著降低。
⑤A型水泥耐火澆注料的使用溫度取決于所結(jié)合的材料的性質(zhì)。以粘土熟料做骨料和粉料的,使用溫度為1300~1350℃。以二、三級高鋁熟料做骨料和粉料的,使用溫度為1350~1400℃。以級高鋁做骨料和粉料的,使用溫度為1400~1500C。為了提高使用溫度,每種材質(zhì)的澆注料中的粉料還可以用氧化鋁含量更高級的材料取代,如粘土質(zhì)澆注料中的粉料可用剛玉粉取代。
B型水泥耐火澆注料:將各級高鋁熟料破粉碎成骨料和粉料(按一定比例配合),加B型水泥(Al2O3含量為60%左右)作結(jié)合劑。B型水泥凝結(jié)硬化速度略慢于A型水泥,水化過程中放出水化熱也不如A型水泥集中,一般在7d內(nèi)逐漸放完。它是依靠CA先水化,CA水化時放出水化熱促進CA2水化。因此,要加快B型水泥的凝結(jié)硬化速度,也可采用蒸汽養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護可直接生成C3AH6,這樣養(yǎng)護后的烘干強度雖然低于常溫下養(yǎng)護后的烘干強度,但不存在由CAH10和C2AH8轉(zhuǎn)化為C3AH6時而造成強度下降的問題。另一方面,CA2水化時有一定量的鋁膠(Al2O3aq)生成,形成水化物晶體一凝膠體混合膠結(jié)物,可減輕水化物晶體轉(zhuǎn)化時引起的結(jié)構(gòu)破壞。B型水泥澆注料強度發(fā)展速度比A型水泥慢,養(yǎng)護7d后才接近極限強度,約50MPa。加熱后中溫強度下降幅度也比A型小。
B型水泥澆注料配比與A型相似,通常以高鋁礬土作為骨料和粉料,水泥加入量12~15%。由于B型水泥中氧化鈣含量比A型低,高溫下生成的C2AS或CAS2低熔物相要少,耐火度也要高些,故同材質(zhì)比較,B型使用溫度比A型高。
C型水泥耐火澆注料:把各級高鋁熟料、鋁鉻渣、電熔或燒結(jié)剛玉的骨料和粉料按一定比例配制,加C型水泥(Al2O3含量約70%)作結(jié)合劑。C型水泥(CaO含量21~25%)因幾乎不含CA,故該種澆注料在常溫養(yǎng)護下,強度發(fā)展很慢,養(yǎng)護早期強度低,到后期(28d)才能達到極限強度。常溫養(yǎng)護1d強度僅為極限強度的15~17%,3d為35~40%,7d為50~16%,21d為85~90%,到28d時,耐壓強度可達到50~70MPa。因此,通常為加速硬化速度,采用70~100℃水蒸氣養(yǎng)護,以促進CA2水化,加速強度發(fā)展速度,蒸汽養(yǎng)護16~24h,即可達到最高強度,但要比常溫下養(yǎng)護的極限強度低一些。這是因為蒸汽養(yǎng)護生成的水化物為C3AH6和鋁膠而不是CAH8和C2AH8。
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