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85三种，硅灰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共同组成，具有较高流动性，是一种采用浇注方式成型
2、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/g8-5mm 15% 3755-3mm 25% 6253-1mm 15% 3751-0mm 10% 250细粉 26% 650A80 水泥硅灰85% 5% 125硅灰96
3、% 5% 125六偏磷酸钠 0.10% 2.5酒石酸 0.01% 0.252 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（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 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
4、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 115110 120 110 105115 125 105 105150 130 110 125流动范围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
5、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 203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 2.9139.22 39.22 40.46 40.78试样中部宽度 38.24 39.96 40.84 40.02平均宽度 38.73 39.59 40.65 40.440.1
6、40 40.1 40.5试样中部高度 40.82 40.06 40.2 40平均高度 40.46 40.03 40.15 40.254 试样烘干将试样一起放入电热干燥箱中，在 1105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抗折最大负荷 kN 2.73 4.4 4.78 没折耐压强度 mPa 44 47 63 81耐压最大负荷 kN 70.36 75.68 101.1 128.855 试样线变化率的检测取一组冷却下来的试样进
7、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。L h=L2-L1/L1 *100式 中 ： Lh-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# 平均 3# 平均 7# 平均L1 160.92 160 160.3 159.72L/mmL2 16116
8、0.96159.92159.96159.96160.13159.92159.82L1 159.92 158.32 159.3 158.56L/mmL2 159.9159.91158.3158.31158.66158.98159.26158.91线变化率L h=L2-L1/L1 *100-0.65 -1.03 -0.72 -0.576 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 / 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
9、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 1105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
10、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。6.5 试样数据的采集与计算烘干后：（m 1干燥试样的质量，m 2饱和试样的表观质量，m 3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烧成后：（m 1干燥试样的质量，m 2饱和试样的表观质量，m 3饱和试样在空气中的质量。如表 6-2表 6-2 烧成后试样的质量
11、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 1105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）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 505mm
12、，距发热体表面应不小于 30mm。用质量组数 1# 2# 3# 7#m1/g 399.147 421.279 354.368 392.993m2/g 285.25 300.175 252.295 277.266m3/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 3.01 3.00 3.02 3.05质量组数 1# 2# 3# 7#m1/g 371.071 355.312 356.406 348.727m2/g 265.951 254.52 255.333 249.973m3/g 385.324
13、367.392 368.329 361.862显气孔率% 11.94 10.70 10.55 11.73体积密度 g/cm 3 3.11 3.15 3.15 3.12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
14、热过程，反复 5 次，直至实验结束（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 1105，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 108.8 138.06 167.74 200.628 烧成后的常温抗折强度与耐压强度的检测检测数据如表 8 所示
15、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 139.62 155.2 104.43 158.739 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
16、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，19942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）：67 713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 联系电话 18635321682
