摘要：以棕剛玉為骨料, 白剛玉粉和氧化鋁微粉為基質(zhì), 研究鋁酸鈣水泥加入量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、6%、9%和12%) 對(duì)剛玉質(zhì)澆注料的體積密度、顯氣孔率、線變化率、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:隨著水泥加入量的增加, 110×24h和1100×3h條件下澆注料試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度不斷增加, 1550℃×3h條件下的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度先增大后減小。隨著水泥加入量的增加, 澆注料試樣的體積密度逐步增大, 顯氣孔率逐步減少。隨著水泥加入量的增加, 1100℃×3h條件下澆注料試樣的線變化率的變化不大, 1550℃×3h條件下澆注料試樣的收縮逐步減小。

剛玉質(zhì)澆注料因具有良好的高溫性能, 被廣泛應(yīng)用于冶金、水泥建材、高溫窯爐等行業(yè), 鋁酸鈣水泥是剛玉質(zhì)澆注料重要的結(jié)合劑, 通過(guò)水化作用會(huì)直接影響剛玉質(zhì)澆注料的施工性能、早期強(qiáng)度等。本文主要研究鋁酸鈣水泥加入量對(duì)剛玉質(zhì)澆注料性能的影響。

1.1原料及配比

實(shí)驗(yàn)用原料及其化學(xué)組成見表1。

以棕剛玉為骨料，以白剛玉粉和氧化鋁微為基質(zhì)，以鋁酸鈣水泥和水為結(jié)合劑。實(shí)驗(yàn)配方見表2。

1.2試樣制備和檢測(cè)

將原料按照配比進(jìn)行稱量，把配好的澆注料，倒入攪拌鍋中，干混3～5min使?jié)沧⒘蠑嚢?/span>均勻，加入適量的水?dāng)嚢?/span>充分，倒入160mm×40mm×40mm標(biāo)準(zhǔn)模具中震動(dòng)成型。自然干燥24h后脫模，放入110℃的烘箱中干燥24h取出，經(jīng)過(guò)1100℃×3h和1550℃×3h條件高溫處理。測(cè)試經(jīng)110℃×3h、1100℃×3h和1550℃×3h熱處理?xiàng)l件下試樣的體積密度、顯氣孔率、線變化率、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。

2結(jié)果與分析

2.1水泥加入量對(duì)剛玉質(zhì)澆注料體積密度和顯氣孔率的影響

如圖1和圖2所示, 隨著水泥加入量的增加, 試樣在110℃×24h、1100℃×3h和1550℃×3h條件處理下, 澆注料都是體積密度先增大后減小, 氣孔率先減小后增大。常溫條件下, 隨著水泥加入量的增加, 水泥的細(xì)粉料會(huì)填充澆注料顆粒料的縫隙處, 所以澆注料的體積密度先增大, 顯氣孔率減小, 在水泥加入量為9%時(shí), 澆注料的體積密度最大, 顯氣孔率最低。水泥加入量的增加, 會(huì)導(dǎo)制加水量的增加, 澆注料經(jīng)過(guò)干燥后, 大量自由水排除致使?jié)沧⒘蠚饪茁试黾?/span>, 體積密度降低。1100℃×3h條件熱處理, 900℃～1200℃的溫度下, 鋁酸鈣水泥已經(jīng)基本二次CA、CA2化, 由于化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致體積收縮和形成內(nèi)部氣孔;在900℃之前, 脫除90%左右的游離水和部分結(jié)合水, 澆注料的氣孔率增加, 在此溫度范圍內(nèi)澆注料由于未形成陶瓷化和水化礦物化學(xué)反應(yīng)形成疏松狀結(jié)構(gòu), 氣孔率增加[1]。1550℃熱處理后, 澆注料在1200℃后液相逐步增多, 填充澆注料的氣孔之中, 試樣開始燒結(jié), 因此顯氣孔率減小。

圖1 水泥加入量對(duì)澆注料體積密度的影響

圖2 水泥加入量對(duì)澆注料顯氣孔率的影響

2.2 水泥加入量對(duì)剛玉質(zhì)澆注料線變化率的影響

如圖3所示, 1100℃×3h熱處理后, 澆注料已經(jīng)本二次CA、CA2化, 因化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致體積收縮和氧化鋁微粉細(xì)粉在中溫時(shí)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的體積膨脹相抵消, 所以澆注料的中溫?zé)缶€變化率不大。1550℃×3h熱處理后, 澆注料因液相大量產(chǎn)生, 導(dǎo)致試樣體積收縮, 而1200℃和1550℃生成CA2和CA6的過(guò)程中, 一直伴隨著體積膨脹, 所以隨著水泥加入量的增加, 試樣燒后線變化率收縮減小, 隨著水泥加入量繼續(xù)增加, 澆注料在1200℃后, 液相量不斷增加, 形成陶瓷結(jié)合, 體積收縮, 線變化率增大。

圖3 水泥加入量對(duì)澆注料線變化率的影響

2.3 水泥加入量對(duì)剛玉質(zhì)澆注料抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響

如圖4和圖5所示, 隨著水泥加入量的增加, 110℃×24h、1100℃×3h和1550℃×3h條件下的澆注料試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度都是先增加后降低。

圖4 水泥加入量對(duì)澆注料抗折強(qiáng)度的影響

圖5 水泥加入量對(duì)澆注料耐壓強(qiáng)度的影響

澆注料強(qiáng)度主要與水泥的水化產(chǎn)物有關(guān), 鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)生CAH10、C2AH8、C3AH6晶體和AH3 (氧化鋁凝膠體) , 形成凝聚-結(jié)晶網(wǎng)而產(chǎn)生結(jié)合強(qiáng)度[2]。澆注料的強(qiáng)度隨著水泥加入量增加而增大。但是, 隨著水泥加入量的增加, 澆注料的加水量也逐步增加。大量自由水經(jīng)過(guò)干燥后排出, 形成大量氣孔致使?jié)沧⒘辖Y(jié)構(gòu)疏松, 強(qiáng)度降低。所以隨著水泥加入量的增加, 澆注料的強(qiáng)度是先增加后降低。

經(jīng)過(guò)1100℃中溫處理后, 水化礦物相中失去部分或者全部結(jié)晶水并部分晶型轉(zhuǎn)變, 導(dǎo)致試樣結(jié)構(gòu)疏松, 氣孔率增大, 澆注料的強(qiáng)度降低。1550℃高溫處理后, 基質(zhì)中形成大量交錯(cuò)排列的CA2、CA6的晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 強(qiáng)化基質(zhì)與顆粒料的結(jié)合, 提高澆注料的強(qiáng)度[2]。隨著水泥加入量的不斷增加, 澆注料中產(chǎn)生大量的板狀六鋁酸鈣和絮狀的二鋁酸鈣并伴隨著體積膨脹, 致使?jié)沧⒘系慕Y(jié)構(gòu)疏松[3], 所以高溫?zé)蟮膹?qiáng)度, 隨著水泥加入量的增加, 澆注料的抗折耐壓強(qiáng)度先增加后降低。

3 結(jié)論

(1)隨著水泥加入量的增加，剛玉質(zhì)澆注料的顯氣孔率先減小后增大，體積密度先增大后減小。

(2)隨著水泥加入量的增加, 高溫處理后剛玉質(zhì)澆注料收縮先減小后增大。

(3)隨著水泥加入量的增加, 剛玉質(zhì)澆注料的抗折耐壓強(qiáng)度先增加后降低。

(4)水泥加入量為9% (w) 時(shí), 剛玉質(zhì)澆注料的顯氣孔率、體積密度, 抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度等效果最佳, 剛玉質(zhì)澆注料在鋼廠已正常使用。