4-1(凯诺斯 李文平)纯铝酸盐水泥结合刚玉质浇注料施工性能的优化

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纯铝酸盐水泥结合刚玉质浇注料施工性能的优化

李斌 李文平 王永亭 凯诺斯铝酸盐（中国）技术有限公司

摘 要 通过对纯铝酸盐水泥结合的刚玉质浇注料中基质部分氧化铝微粉及外加剂的研究，讨论了他们对该系统施工性能的影响；其中，氧化铝微粉的平均粒度、粒度分布及杂质含量对浇注料的流动性及流动性的衰减具有很大的影响。通过比较磷酸盐类减水剂、奈系、三聚氰胺类和聚羧酸盐类减水剂，讨论了他们不同的加入量对浇注料流动性能、可工作时间及强度发展的影响。

关键词 铝酸盐水泥 施工性能 浇注料

1 前言

对于所有的不定形耐火材料而言，施工性能是人们最为关心的要点之一。一般而言，施工性能是指材料从加水搅拌开始直到烘干投入使用这一过程中所表现出来的性能，其包括以下主要内容：

1） 材料的流变学性能

－ 加水量和初始流动值；

－ 搅拌的难易程度和泥料的塑化时间； － 流动值的衰减和浇注料的可工作时间；

2） 材料的硬化性能

－ 不同养护条件下的强度发展； － 脱模时间和脱模强度； 3） 升温干燥性能 － 烘干强度； － 升温烘干速率； － 升温过程中的安全性能；

从本质上讲，这些性能之间是相互联系和相互影响的，并在很大程度上决定了施工衬体的最终表现，例如：耐火浇注料的流变性能决定了浇注料在使用过程中的性能，硬化性能决定了现场的脱模时间，而最大的安全烘干速率则直接决定现场施工的工期。

关于如何调整和控制不定形耐火材料的施工性能，已经有很多文章进行了阐述[1,2]。具体来说，对于铝酸盐水泥结合的不定形耐火材料的配方体系而言，如果其骨料种类和质量，粒度级配等性能基本确定的话，那么在基质中的三种组分，水泥，微粉和添加剂就成为对其性能最大的影响因素，也是我们分析

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和研究的重点。在本文研究的刚玉质浇注料中，添加剂包括六偏磷酸钠（HMP）、奈系、三聚氰胺类及聚羧酸盐类减水剂等，微粉包括烧结和活性氧化铝微粉，纯铝酸钙水泥采用凯诺斯公司生产的SECAR71。这些材料的特性和稳定性能很大程度上决定了整个浇注料系统的施工性能。

本文在大量试验的基础上，主要针对纯铝酸钙水泥结合的刚玉质浇注料系统，根据不同的氧化铝微粉及各种外加剂，通过研究浇注料的流变学性能和机械性能，详细介绍它们对刚玉质浇注料的影响。

2. 试验条件和试验方法

2.1 试验条件

本文所进行的试验，除特别说明的以外，是在温度为20℃，湿度在50%的条件下进行的。具体方法是采用了温度可调节的恒温养护箱，预先对所有试验用的原材料，与原材料接触的试验工具和成型样块进行不同温度的处理，并将成型后的样块在不同相应温度下进行养护。 2.2 试验方法

2.2.1 浇注料振动流动值的测定

浇注料振动流动值的测定和工作时间是：首先将一个金属的锥形漏斗置于一个表面非常光滑的振动流动台上（台面刻有便于测量的对角线；振幅为0.75mm，振频为50Hz；余震时间小于2秒）；将搅拌好的浇注料，分两次填满锥形漏斗，用尺寸固定的木棒进行捣固，然后抹平上表面；移去漏斗，振动15秒，测量三个对角线方向的的泥料的铺展直径，计算出平均值，根据下式计算出浇注料的震动流动度：

流动度％ ＝ （d1 – d0 ）× 100%

浇注料的工作时间，是指从浇注料的加水、搅拌开始计时，直至浇注料不再具有振动流动值的时间为止，这段时间可以被认为是浇注料的可工作时间。 2.2.2 浇注料的放热反应曲线的测定

纯铝酸钙水泥结合的不定形耐火材料的流变学性能和硬化性能与作为结合系统的铝酸盐水泥的水化特性是密切相关的。在实际应用中，铝酸盐水泥结合的不定形耐火材料在养护过程中坯体的硬化是由于铝酸盐水泥水化产物的成核沉淀，形成胶体结构的结果。因为水泥水化的过程是一个放热过程，因此，放热峰值出现的早晚就不仅反映了水泥水化进程的速度，同时也反映了坯体在养护过程中硬化而产生强度的快慢。

3 试验内容与分析

刚玉质浇注料是一种较高档次的浇注料体系，其基础配方是以白刚玉或板状刚玉为骨料，我们采用三门峡生产的白刚玉，采用烧结或活性氧化铝粉，以纯铝酸盐水泥为结合系统，同时添加外加剂。表1为本次实验的基础配方。

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表1 本次研究的基础配方（w） %

粒度级别 含量

电熔白刚玉 3-5 mm 25

1-3 mm 20 0-1 mm 22 -200 mesh 8 -325 mesh 11

纯铝酸盐水泥 Secar71 6 氧化铝粉 不同 8 外加剂 不同 不同

针对浇注料的流变学性能和机械强度，配方的设计者主要应考虑满足以下基本要求： 1） 合理而稳定的加水量，以获得理想的初始流动值；

2） 充足的可施工时间（可浇注时间）：根据具体的情况，普遍要求大于30分钟；

3） 保证有安全、及时和可靠的脱模时间和脱模强度，以满足模具周转的施工进度的要求；一般而言，

6小时的养护强度是常常作为衡量标准（CCS>4MPa）。

为此，我们基于本研究体系的氧化铝粉和外加剂，对纯铝酸盐水泥结合的刚玉质浇注料的流变学性能和机械性能进行研究。 3.1 氧化铝微粉的影响

在刚玉质浇注料中，引入氧化铝微粉对浇注料的强度的发展非常有力。而不同种类及粒度分布的氧化铝对浇注料的施工性能的影响也是非常显著的。

我们收集了市场上常见的不同生产厂家或者同一厂家不同牌号的氧化铝微粉进行了分析，分析结果见图1及图2。

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图1 氧化铝微粉的粒度分布 图2 氧化铝微粉的PH值的区别

在相同的检验条件下，我们测定了不同的氧化铝微粉对浇注料初始流动值的影响。结果见图3，4。从图中，我们可以看出：

1）氧化铝微粉对浇注料初始流动值的影响是十分明显的。例如：在图3中，5号和8号氧化铝在加水量为5.1%的情况下，初始流动值高达140mm；而3号、9号和10号在加水量为5.5%的情况下初始流动值还低于100mm，我们认为该种浇注料不具备初始流动性能。

2）影响浇注料流动性能的氧化铝微粉，是由于其不同的BET表面积及粒度分布；同时，含可溶性碱性氧化物的不同也会影响浇注料的初始流动值。从图4中，相同化学成分但是不同粒度的氧化铝微粉表现的不同流动性能，以在D50介于1～2μm、3～4μm和4～5μm的氧化铝粉制成的浇注料的初始流动值相差不大，但是对于D50较大的氧化铝粉，初始流动性则有较大影响，并且流动性衰减也有很大的区别。从图5中，氧化铝微粉中的可溶性碱性氧化物的含量多少会影响浇注料的可工作时间。可我们分析的氧化铝微粉的可溶性氧化物是有显著差别的。

图3 不同氧化铝微粉对刚玉质浇注料初始流动值的影响

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因此，我们可以得出相应的结论，氧化铝微粉的种类和质量对浇注料的施工性能的影响见表2。

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