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低水泥澆注料的硬化
澆注料在常溫和高溫時(shí)要有一定的強(qiáng)度來滿足施工性能和使用性能，因此對(duì)其硬化機(jī)理的研究非常重要。河南耐火材料廠對(duì)此作了大量的研究，認(rèn)為低水泥澆注料的硬化機(jī)理有兩種，即水化結(jié)合和凝聚結(jié)合。

由鋁酸鈣水泥水化產(chǎn)生結(jié)合的原因在于：鋁酸鈣水泥水化可以生成六方片狀或者針狀的十水鋁酸一鈣、八水鋁酸二鈣和立方狀的水化鋁酸鈣六水鋁酸三鈣晶體，以及鋁膠凝聚體，后形成凝聚一結(jié)晶網(wǎng)而產(chǎn)生堅(jiān)固的結(jié)合。
由凝聚產(chǎn)生的結(jié)合在于：靠加入能緩慢解離出與粒子表面的電荷相反的離子的電解質(zhì)，使凝聚體表面吸附帶相反電荷的離子(簡稱-反粒子-)而使電位下降，當(dāng)吸附達(dá)到-等電點(diǎn)-時(shí)，隨即發(fā)生凝聚，借助于范德華力結(jié)合在一起。
對(duì)加入二氧化硅微粒的澆注料來說，其發(fā)生凝結(jié)硬化的過程如下：當(dāng)二氧化硅超細(xì)粉與水混合后，由于二氧化硅超細(xì)粉活性很高，會(huì)與水作用形成膠粒，此膠粒表面由硅醇基(Si-OH)解離成SiO+、H+而帶負(fù)電。對(duì)低水泥和超低水泥來說，此膠粒會(huì)吸附鋁酸鈣水解過程中緩慢析出的Al3+和Ca2+，使膠粒表面的℃電位下降，當(dāng)吸附達(dá)到-等電點(diǎn)-時(shí)，即發(fā)生凝聚。對(duì)于超低水泥和無水泥澆注料來說，其凝結(jié)作用是靠水分緩慢蒸發(fā)過程中加入作為分散劑的電解質(zhì)解離出的某種正離子濃度的提高，導(dǎo)致膠粒吸附更多的反粒子，從而使擴(kuò)散層壓縮，直至℃電位為零時(shí)，再在范德華力作用下而產(chǎn)生的。同時(shí)反粒子的電價(jià)數(shù)也低，因此，凝結(jié)速度要慢得多，當(dāng)然也可以加入一些遲效促凝劑(能夠緩慢解離出反粒子的電解質(zhì))來促進(jìn)凝結(jié)和硬化。
凝結(jié)過程中，在硅氧烷網(wǎng)中要然會(huì)吸附Al3+、Ca2+和Na+等離子，在隨后的養(yǎng)護(hù)或烘烤過程中，要然會(huì)生成一些水化硫鋁酸鈣(C2ASH8)物相。另一方面，加有二氧化硅超細(xì)粉澆注料凝結(jié)后，二氧化硅表面形成的硅醇基(Si-OH)在脫水架橋形成硅氧烷網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而發(fā)生硬化作用。硬化后形成的硅氧烷網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，硅與氧之間的鍵并不隨溫度升高而拆散，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨著熱處理的溫度升高而升高。同時(shí)達(dá)到高溫時(shí)，二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還會(huì)與其包裹的(如氧化鋁)顆粒逐漸發(fā)生反應(yīng)生成莫來石。因此，低水泥、超低水泥以及無水泥澆注料。
不但烘干后的力學(xué)強(qiáng)度比普通澆注料高，而且經(jīng)受中溫和高溫?zé)崽幚砗罅�學(xué)強(qiáng)度也要高得多。不存在普通澆注料那樣的中溫力學(xué)強(qiáng)度下降的現(xiàn)象。
低水泥澆注料的強(qiáng)度
在上述的二氧化硅微粉硬化機(jī)理中，闡述了其低溫強(qiáng)度產(chǎn)生的原因，在此不再詳述。其中溫強(qiáng)度比較高，是由于它能把微粉之問形成的網(wǎng)狀鏈一直保持到1200℃左右的緣故。根據(jù)加入澆注料后接觸的粉體不同，它的結(jié)合機(jī)理又可分為兩類。前列類是氧化鋁的粉體，在低溫下，這些粉體吸附在由硅灰形成的網(wǎng)狀鏈上，具有較強(qiáng)的低溫強(qiáng)度；而到700℃，則與硅灰反應(yīng)形成非化學(xué)計(jì)量化合物，直到終達(dá)到1200℃左右，形成較大的莫來石晶體。由于莫來石的針狀交錯(cuò)晶體和原網(wǎng)絡(luò)鏈的雙重作用，使它具有較高的中溫強(qiáng)度；第二類是硅灰加入后，接觸到的既無水化反應(yīng)，又不與二氧化硅起其他化學(xué)反應(yīng)的粉體，如碳化硅(SiC)、鋯英石(ZrSiO4)等粉體。從低溫開始直到1200℃以上，這類粉體都附著在硅灰表面水化形成的硅膠脫水聚合后的網(wǎng)狀鏈上，這種網(wǎng)狀鏈在中溫范圍內(nèi)不變的形態(tài)則保證了這類澆注料或制品具有相當(dāng)高的中溫冷卻強(qiáng)度。
高溫處理后的強(qiáng)度主要來自高溫?zé)�結(jié)，生成高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。微粉由于表面缺陷多，表面質(zhì)點(diǎn)的活化和無序化，具有能態(tài)高、活性大的特點(diǎn)，從而可以促進(jìn)燒結(jié)過程。通過剛玉澆注料得出如下結(jié)果：一是微粉填補(bǔ)空隙減少了氣孔，因而加入量不能太大，否則會(huì)因?yàn)槎逊e密度小和不能緊密堆積而導(dǎo)致不夠致密；二是微粉分布在顆粒邊緣，因其表面活性和質(zhì)點(diǎn)的可動(dòng)性，能在較低的溫度下與顆粒結(jié)合得較好，封閉部分貫通氣孔，從而使制品致密化，強(qiáng)度增加，促進(jìn)燒結(jié)，這個(gè)結(jié)果只有在微粉粒度小于5mm的時(shí)候才表現(xiàn)得比較明顯。但是不能促進(jìn)燒結(jié)，這是由于活性氧化鋁表面水化物的形成和在燒結(jié)時(shí)水化物分解時(shí)的氣體逸出破壞了制品的致密結(jié)構(gòu)的緣故。
對(duì)于低水泥澆注料來說，由于它的氣孔率較低，透氣性差，在烘烤時(shí)容易發(fā)生爆裂，因此，澆注料容易發(fā)生爆裂的原因，多數(shù)資料認(rèn)為是微粉的加人，堵塞了氣孔而使排氣通道不暢。但是，國外學(xué)者通過對(duì)硅微粉的研究認(rèn)為，加入硅微粉后，它與鋁酸鈣水泥發(fā)生反應(yīng)，形成了類似沸石的鈣鋁硅化合物，這種水化物在300℃以后才脫水，而且時(shí)間極短，會(huì)因?yàn)榭焖俜懦龃罅空羝�而�?dǎo)致爆裂。
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