低水泥浇注料的硬化与强度-耐火材料行业知识-耐火砖高铝砖刚玉砖浇注料河南耐火材料厂-宏泰耐材

浇注料在常温和高温时要有一定的强度来满足施工性能和使用性能，因此对其硬化机理的研究非常重要。河南耐火材料厂对此作了大量的研究，认为低水泥浇注料的硬化机理有两种，即水化结合和凝聚结合。

由铝酸钙水泥水化产生结合的原因在于：铝酸钙水泥水化可以生成六方片状或者针状的十水铝酸一钙、八水铝酸二钙和立方状的水化铝酸钙六水铝酸三钙晶体，以及铝胶凝聚体，最后形成凝聚一结晶网而产生坚固的结合。

由凝聚产生的结合在于：靠加入能缓慢解离出与粒子表面的电荷相反的离子的电解质，使凝聚体表面吸附带相反电荷的离子(简称“反粒子”)而使电位下降，当吸附达到“等电点”时，随即发生凝聚，借助于范德华力结合在一起。

对加入二氧化硅微粒的浇注料来说，其发生凝结硬化的过程如下：当二氧化硅超细粉与水混合后，由于二氧化硅超细粉活性很高，会与水作用形成胶粒，此胶粒表面由硅醇基(Si—OH)解离成SiO+、H+而带负电。对低水泥和超低水泥来说，此胶粒会吸附铝酸钙水解过程中缓慢析出的Al3+和Ca2+，使胶粒表面的℃电位下降，当吸附达到“等电点”时，即发生凝聚。对于超低水泥和无水泥浇注料来说，其凝结作用是靠水分缓慢蒸发过程中加入作为分散剂的电解质解离出的某种正离子浓度的提高，导致胶粒吸附更多的反粒子，从而使扩散层压缩，直至℃电位为零时，再在范德华力作用下而产生的。同时反粒子的电价数也低，因此，凝结速度要慢得多，当然也可以加入一些迟效促凝剂(能够缓慢解离出反粒子的电解质)来促进凝结和硬化。

凝结过程中，在硅氧烷网中必然会吸附Al3+、Ca2+和Na+等离子，在随后的养护或烘烤过程中，必然会生成一些水化硫铝酸钙(C2ASH8)物相。另一方面，加有二氧化硅超细粉浇注料凝结后，二氧化硅表面形成的硅醇基(Si—OH)在脱水架桥形成硅氧烷网状结构，从而发生硬化作用。硬化后形成的硅氧烷网结构中，硅与氧之间的键并不随温度升高而拆散，其结构强度随着热处理的温度升高而升高。同时达到高温时，二氧化硅网状结构还会与其包裹的(如氧化铝)颗粒逐渐发生反应生成莫来石。因此，低水泥、超低水泥以及无水泥浇注料。

不但烘干后的力学强度比普通浇注料高，而且经受中温和高温热处理后力学强度也要高得多。不存在普通浇注料那样的中温力学强度下降的现象。

低水泥浇注料的强度

在上述的二氧化硅微粉硬化机理中，阐述了其低温强度产生的原因，在此不再详述。其中温强度比较高，是由于它能把微粉之问形成的网状链一直保持到1200℃左右的缘故。根据加入浇注料后接触的粉体不同，它的结合机理又可分为两类。第一类是氧化铝的粉体，在低温下，这些粉体吸附在由硅灰形成的网状链上，具有较强的低温强度；而到700℃，则与硅灰反应形成非化学计量化合物，直到最终达到1200℃左右，形成较大的莫来石晶体。由于莫来石的针状交错晶体和原网络链的双重作用，使它具有较高的中温强度；第二类是硅灰加入后，接触到的既无水化反应，又不与二氧化硅起其他化学反应的粉体，如碳化硅(SiC)、锆英石(ZrSiO4)等粉体。从低温开始直到1200℃以上，这类粉体都附着在硅灰表面水化形成的硅胶脱水聚合后的网状链上，这种网状链在中温范围内不变的形态则保证了这类浇注料或制品具有相当高的中温冷却强度。

高温处理后的强度主要来自高温烧结，生成高强度结构。微粉由于表面缺陷多，表面质点的活化和无序化，具有能态高、活性大的特点，从而可以促进烧结过程。通过刚玉浇注料得出如下结果：一是微粉填补空隙减少了气孔，因而加入量不能太大，否则会因为堆积密度小和不能紧密堆积而导致不够致密；二是微粉分布在颗粒边缘，因其表面活性和质点的可动性，能在较低的温度下与颗粒结合得较好，封闭部分贯通气孔，从而使制品致密化，强度增加，促进烧结，这个结果只有在微粉粒度小于5mm的时候才表现得比较明显。但是不能促进烧结，这是由于活性氧化铝表面水化物的形成和在烧结时水化物分解时的气体逸出破坏了制品的致密结构的缘故。

对于低水泥浇注料来说，由于它的气孔率较低，透气性差，在烘烤时容易发生爆裂，因此，浇注料容易发生爆裂的原因，多数资料认为是微粉的加人，堵塞了气孔而使排气通道不畅。但是，国外学者通过对硅微粉的研究认为，加入硅微粉后，它与铝酸钙水泥发生反应，形成了类似沸石的钙铝硅化合物，这种水化物在300℃以后才脱水，而且时间极短，会因为快速放出大量蒸汽而导致爆裂。