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，會導(dǎo)致早期強度低，硬化時間過長，施工風(fēng)險性增加;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硅酸鋁澆注料的性能的影響有著實際意義。
實驗
實驗用原料的化學(xué)成分如表1所示。
表1 原料化學(xué)成分(質(zhì)量%)
在實驗中，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，加水振動成形，自然養(yǎng)護24h后脫模，在110℃×24h、1100℃×3h、1450℃×3h燒成，最后檢測各項性能指標(biāo)。
結(jié)果及分析
水泥加入量對澆注料體積密度的影響
①110℃×24h烘干時，當(dāng)水泥加入量小于5%時，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，隨著水泥加入量的密度下降;同時大量的水泥水化產(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。因為在1100℃，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，試驗體積密度逐漸增大，且數(shù)值最大。在1450℃高溫下，對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 水泥加入量對澆注料耐壓強度的影響
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，澆注料的耐壓強度逐漸增多。②1100℃×3h，水泥水化產(chǎn)物完全脫水留下大量氣孔，而材料此時尚未達到燒結(jié)溫度，試樣強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，水泥水化產(chǎn)物完全脫水留下的氣孔總量少，對材料性能影響夜宵;但此時，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，強度逐漸下降。③在1450℃×3h，可知試樣耐壓強度變化規(guī)律基本同上，但是總體上逗比110℃和1100℃有所增大，這是因為在1450℃高溫下，水泥的膠凝作用消失，而此時燒結(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;同時細(xì)粉中針狀、柱狀莫來石的生成，強化了細(xì)粉與顆粒之間的結(jié)合，耐壓強度普遍提高。至于在1450℃×3h，當(dāng)水泥加入量大于5%時，耐壓強度逐漸降低，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。這是因為升溫到1100℃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)，不會引起較大的體積收縮;同時水泥脫水形成氣孔的過程也不會有太大的變化。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。這是因為在1450℃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，試樣耐壓強度高、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。
