澆注料是不經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而澆筑后直接使用的一種耐火材料， 顆粒之間無燒結(jié)制品所具有的那種陶瓷結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的性能在很大程度上受結(jié)合劑的硬性。硅酸鋁澆注料中：鋁酸鈣水泥量結(jié)合劑加入量過少，會(huì)導(dǎo)致早期強(qiáng)度低，硬化時(shí)間過長，施工風(fēng)險(xiǎn)性增加;鋁酸鈣水泥加入量過多，水泥中的CaO在高溫下可以原料中的Al2O3和SiO2反應(yīng)生成鈣長石(CaO·Al2O3·2SiO2)等低熔物，對(duì)澆注料的高溫性能不利。因此硅酸鋁澆注料中水泥的加入量對(duì)硅酸鋁澆注料的性能的影響有著實(shí)際意義。
實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)用原料的化學(xué)成分如表1所示。
表1 原料化學(xué)成分(質(zhì)量%)
在實(shí)驗(yàn)中，骨料為鋁礬土，粒度8~5mm、5~3mm、3~1mm、1~0mm;細(xì)粉為礬土粉和硅微粉，粒度≤0.088mm;鋁酸鈣水泥加入量為3%，5%，7%，9%，11%。按配比稱料攪拌，加水振動(dòng)成形，自然養(yǎng)護(hù)24h后脫模，在110℃×24h、1100℃×3h、1450℃×3h燒成，最后檢測各項(xiàng)性能指標(biāo)。
結(jié)果及分析
水泥加入量對(duì)澆注料體積密度的影響
①110℃×24h烘干時(shí)，當(dāng)水泥加入量小于5%時(shí)，由于水泥細(xì)粉的充填空隙作用，材料顆粒堆積的致密度逐漸提高并占主導(dǎo)作用;由于水泥加入量少，水泥水化產(chǎn)物烘干后水分排除導(dǎo)致體積密度減小的影響較弱，故隨著水泥加入量的增大，試樣的體積密度呈增大的趨勢;當(dāng)水泥加入量大于5%時(shí)，隨著水泥加入量的密度下降;同時(shí)大量的水泥水化產(chǎn)物烘干后失去自由水和部分結(jié)合水導(dǎo)致材料氣孔逐漸增多，從而使試樣的體積密度逐漸減小。②1100℃×3h，試樣體積密度普遍較小，變化規(guī)律基本同110℃×24h。因?yàn)樵?100℃，由于燒成溫度低，材料內(nèi)部形成的液相量少，不足以填充空隙以提高材料的致密度;另外，在此溫度下，試樣的主要變化是水泥水化產(chǎn)物的完全脫水，加入的水泥量越多，水泥脫水后留下的氣孔就越多，體積密度就越小。③1450℃×3h，隨水泥加入量的增加，試驗(yàn)體積密度逐漸增大，且數(shù)值最大。在1450℃高溫下，對(duì)CaO-Al2O3-SiO2三元系統(tǒng)來說，主要反應(yīng)就是低共熔物的形成，產(chǎn)生大量液相，并填充空隙，使材料結(jié)構(gòu)致密程度提高，體積密度增大。同時(shí)細(xì)粉中Al2O3和SiO2在1400℃左右劇烈形成莫來石(3Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2)，莫來石形成產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)也可填充材料空隙，提高致密度。兩方面作用結(jié)果，使體積密度隨水泥加入量的增加而增大。
2 水泥加入量對(duì)澆注料耐壓強(qiáng)度的影響
①110℃×24h烘干后，隨著水泥加入量的增加，水泥水化形成的鋁酸鈣水化產(chǎn)物逐漸增多，水泥水化形成的鋁酸鈣水化產(chǎn)物逐漸增多，水泥的交結(jié)硬化作用逐漸加強(qiáng)，澆注料的耐壓強(qiáng)度逐漸增多。②1100℃×3h，水泥水化產(chǎn)物完全脫水留下大量氣孔，而材料此時(shí)尚未達(dá)到燒結(jié)溫度，試樣強(qiáng)度主要由材料的緊密堆積程度決定。當(dāng)水泥加入量小于5%時(shí)，水泥水化產(chǎn)物完全脫水留下的氣孔總量少，對(duì)材料性能影響夜宵;但此時(shí)，隨著水泥加入量增加，材料緊密堆積程度卻逐漸提高，耐壓強(qiáng)度逐漸增大。由于水泥細(xì)粉過剩，材料緊密堆積程度反而逐漸降低;同時(shí)水泥水化產(chǎn)物完全脫水留下的氣孔逐漸增多，造成試樣的致密度下降，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度逐漸下降。③在1450℃×3h，可知試樣耐壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本同上，但是總體上逗比110℃和1100℃有所增大，這是因?yàn)樵?450℃高溫下，水泥的膠凝作用消失，而此時(shí)燒結(jié)作用占主導(dǎo)，大量低共熔物相產(chǎn)生，液相填充空隙，材料結(jié)構(gòu)致密化程度提高;同時(shí)細(xì)粉中針狀、柱狀莫來石的生成，強(qiáng)化了細(xì)粉與顆粒之間的結(jié)合，耐壓強(qiáng)度普遍提高。至于在1450℃×3h，當(dāng)水泥加入量大于5%時(shí)，耐壓強(qiáng)度逐漸降低，這可能與在1450℃高溫下液相的逐漸增多導(dǎo)致材料中顆粒之間的支撐作用減弱有關(guān)。
3. 水泥加入量對(duì)澆注料線變化率的影響
①在1100℃×3h，線變化率變化幅度不大。這是因?yàn)樯郎氐?100℃的過程中，燒結(jié)作用不占主導(dǎo)，形成的液相量較少，尚未形成陶瓷結(jié)構(gòu)，不會(huì)引起較大的體積收縮;同時(shí)水泥脫水形成氣孔的過程也不會(huì)有太大的變化。②在1450℃×3h，線變化率變化較大，隨著水泥加入量的增加，試樣明顯表現(xiàn)出收縮現(xiàn)象。這是因?yàn)樵?450℃高溫下，試樣中CaO-Al2O3-SiO2低共熔物發(fā)生反應(yīng)，生成大量低共熔液相。隨著水泥加入量的增大，CaO含量增多，生成的液相增多，液相填充引起體積收縮的效應(yīng)就大，因此此時(shí)試樣收縮率大，線變化率就大。
結(jié)論
在硅酸鋁系澆注料中，水泥加入量過多或過大，均不利于材料性能的提高。當(dāng)鋁酸鈣水泥加入量為5%時(shí)，試樣耐壓強(qiáng)度高、體積密度較大，燒后線變化率小，試樣整體性能好，能滿足使用性能指標(biāo)要求。
