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影响自流浇注料性能的重要因素

文章编辑:耐火材料 发表时间:2021-11-13 浏览次数:
在2021年11月13日星期四对影响自流浇注料性能的重要因素做出如下解答:目前,我国大型高炉出铁沟大都分使用振动浇注料,该种浇注料由于受诸多因素影响而带来许多缺点,例如,受工人现场操作技术影响,振动器振动不足,导致浇注体密度不够,振动过度颗粒产生偏析,而且振动捧抽出时易留下空洞。另外振动器噪音过大,影响施工环境。自流浇注料,不需振动器振动即可自动流动、摊平、密实和固化,避免了振动浇注料存在的问题。为适合我国现代化大型高炉出铁沟的需要,研制出了适应大型高炉出铁沟自流浇注料。
 
 
继法国开发出自流浇注料以来,日本研究了自流铁沟浇注料,它是在低水泥和超低水泥浇注料的基础上发展起来的。它是依据流变学原理开发而成的一种屈服值较低,具有一定塑性粘度的粘塑性材料。其优点为:(1)无需振动,可自动浇注密实,大大降低了劳动强度;(2)与振动浇注料相比,气孔尺寸小且分布均匀;(3)若施工中采用泵送工艺,减少劳动力,提高了工作效率;(4)适应性比振动浇注料更强,可浇注任意形状。(5)性能与振动浇注料的相当或更好;(6)减少噪音污染;(7)易于现场进行施工性能测试。因此自流浇注料的应用已逐渐普及,范围不断扩大。
 
认为自流浇注料性能不如振动浇注料的观念是过时的,通过优化粒度和基质的组成,与同材质的振动浇注料相比,自流浇注料无论在加水量、致密度还是强度上都可与之相当,某些性能甚至更优。
 
影响自流浇注料的流动性因素有很多,主要有颗粒级配、减水剂、微粉以及水泥种类和加入量。下面将分别叙述。
 
1、颗粒级配对自流浇注料性能的影响
 
耐火材料领域中最著名的、使用最方便的堆积模式为Andreassen分布模式:
 
(1)
 
式中:CPFT—较粒度d更细的累加百分数(体积分数);
 
D—粒度;
 
d—粒度;
 
q—分配系数。
 
要想获得流动性能,则需要一个堆积模式。Andreassen模式基本上解决了此问题。
 
据报道,颗粒组成粗颗粒(>1mm):35%~50%;中颗粒(1~0.045mm):16%~30%;细粉(<0.045mm):23%~40%时可获得无振动式浇注料。当临界粒度为8mm时,其R(R=粗颗粒/细颗粒)为1.9左右时,才可获得自流浇注料,随R值减小,自流值显著下降,且浇注料的粘度变大。当临界粒度为5mm时,其R值在1.5~1.85之间才能获得自流浇注料。
 
另外,因为自流浇注料是根据流变学原理开发而成的。它是一种屈服值较低,并具有一定塑性粘度的粘塑性材料。因此它要求具有合适的粒度组成,骨料与基质的比例要适当。如图1所示。当颗粒组成处于1区时,会出现粗细颗粒偏析现象,见图2(a)。当处于2区时,会出现粗颗粒溃散现象见图2(b)。当处于3区和4区时会出现强塑性状态见图2(c)、(d)。只有处于5区时才具有自流性能。
 
 
图1粒径对流动性的影响
 
 
(a)粗细颗粒分离;(b)粗颗粒溃散;(c)强塑性无自流性;(d)强塑性无自流性
图2颗粒级配对自流浇注料流动性的影响
 
2、减水剂对自流浇注料性能的影响
 
常见的减水剂有六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、高聚合物等。不同的结合系统应当选用合适的减水剂。如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠对硅微粉比对氧化铝微粉更有效;而无硅微粉系统则采用高聚合物作为减水剂更有效;且加水量也有相当严格的要求。
 
减水剂是一种表面活性物质。加入的无机和有机减水剂均为阴离子型。在水中溶解,无机减水剂电离出阴离子基团M、有机减水剂电离出阴离子基团N,由于M不是憎水基团其表面活性作用不显著。主要表现为化学吸附的方式吸附于胶态离子表面:有机阴离子基团N为憎水基团,具有强烈的表面活性作用,以物理吸附的方式吸附于胶态离子表面,在水泥、超细粉粒子表面形成双电层,从而改变微粒表面的电动电位。产生微粒间的静电斥力,使水泥超细粉粒子间互相排斥,使粒子分散,阻止微粒絮凝结构的自发形成,并使微粒充分分散、成分均化和填充微小空隙,将被凝聚粒子束缚的水释放出来,使之充分润湿粒子表面,具有一定的流动性,宏观表现为浆体的流变参数剪切应力降低,流变性能得到改善。
 
总之,无机减水剂主要靠改变和提高微粒表面的电动电位的静电斥力机制达到分散目的;而有机减水剂,主要靠有机减水剂的表面活性作用达到分散目的。
 
3、微粉对自流浇注料性能的影响
 
1)硅微粉对自流浇注料的影响
 
硅微粉具有良好的流变性,在达到相同流动度的情况下,随着硅灰加入量的增大,加水量降低,增强了材料的填充性,从而使其体积密度增大,显气孔率降低。这是因为SiO2微粉中有大量的超细粒子,具有较大的的比表面积。在水中,这些粒子表面通过吸附表面活性剂而带正电荷,具有一定的的ζ电位,带有同种电荷的微粒之间存在的静电排斥力使微粒分散开来,形成均匀的、低粘度的浆体,分散在骨料颗粒之间,降低了骨料颗粒之间的摩擦力,起润滑作用,有利于改善浇注料的流动性。
 
在通常的浇注料中,在较低加水量的前提下,为获得较高的机械强度,硅微粉成为。而硅微粉的诸多化学、物理性能直接影响到浇注料的各项性能。碳含量越高,pH值越大,可施工时间急剧缩短。二氧化硅含量越高,pH值在7左右,碳含量小于0.5%时,其施工性能。
 
采用同一种硅微粉时,随加入量增大,常温机械强度上升,高温抗折强度在某值时有值,之后,随加入量增多流动值降低,强度性能下降,高温性能也随之恶化。特别是线变化率有明显增大趋势。
 
因此,硅灰对改善浇注料的施工性能起着很好的作用,但是对于高温烧后强度有不良影响。
 
2)氧化铝微粉对自流浇注料性能的影响
 
在Al2O3-SiO2体系中,氧化铝微粉是一种必不可少的充填料。作为配方中的一种关键参数,氧化铝微粉在确定浇注料流动时影响浇注料的烧结程度和强度。
 
文献指出,添加适中的比表面积、低Na2O含量的氧化铝微粉可获得更好的流动性能。当然,每种氧化铝微粉所采用的添加剂系统可能有所不同。
 
虽然氧化铝微粉可以促进烧结,但也不能加的过多,因为它可使浇注料收缩明显。
 
无论是硅微粉还是氧化铝微粉对毛细孔有填充作用,释放出其中的自由水,提高体系的溶剂比程度,使触变结构减弱,粘度下降。当超细粉加入量少时,有大量毛细孔存在,超细粉主要表现充填作用;当加入量大时,毛细孔已被饱和充填,超细粉主要表现为参与作用。
 
4、水泥对自流浇注料性能的影响
 
水泥加人量对自流浇注料影响的是强度值。随着水泥加人量的增加,烘干强度亦随着提高。对流动性来说,在一定范围内不像超细粉和外加剂那样敏感,但相对来说,随着水泥加入量的增加,其流动值有下降的趋势。
 
另外,水泥的种类和加入量影响初凝时间和终凝时间,因此应根据施工条件来确定水泥的种类和加入量。
 
影响流动性能的因素除颗粒级配和粒形、微粉品种和加入量、减水剂品种及加入量外,水泥的细度、活性和凝结时间、搅拌机的类型和搅拌时间都对自流性能有影响。这就要求在自流浇注料的研究和生产中要根据生产和施工的具体情况采取不同的措施,通过试验以获得的施工性能和使用性能。
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