影响低水泥耐火浇注料性能的四大因素

低水泥耐火浇注料是近年来应用非常广泛的不定形耐火材料，主要有硅酸铝质、镁质和硅质等品种，其中开发最早、基础研究工作最深和应用最多的是硅酸铝质低水泥耐火浇注料。低水泥耐火浇注料的强度，比铝酸盐水泥耐火浇注料有非常大的提高，这是由多种因素造成的，其中超微粉的掺加与高效外加剂的巧妙使用，是起重要作用的。

低水泥耐火浇注料的配制工艺要求较严，因此影响性能的因素较多。低水泥耐火浇注料的配制原则，是合理选择颗粒级配、超微粉和外加剂品种及其用量。也就是说，超微粉、铝酸盐水泥和外加剂、耐火骨料、水用量，这些都是影响其性能的重要因素。

配制原则

耐火骨料和粉料系用煅烧良好的黏土熟料和高铝矾土熟料制作。耐火骨料的最大粒径，根据工程衬体的厚度而定，一般为10mm。其颗粒级配：10~5mm，30%~40%;5~3mm，20%~30%;3~0.15mm，30%~40%。一般来说，配制低水泥耐火浇注料时，较少用统料，而是用三级级配或四级级配，以达到最大的堆积密度。耐火骨料用量为68%~72%。

耐火粉料一般用二级、一级或特级高铝矾土熟料作原料，粉磨后应进行除铁处理，其细度<0.09mm或<0.044mm的应≥90%。配制时，可单独用，也可按比例配合使用。有时还掺加同样细度的氧化铝粉、白刚玉粉或棕刚玉粉等高档材料，以提高低水泥耐火浇注料的基质性能。耐火粉料用量为18%~25%。其中如掺高档材料，用量为5%~10%。

耐火超微粉品种较多，国内外普遍采用活性SiO₂粉(即硅灰)，还用α-Al₂O₃粉、Cr₂O₃粉和SiC粉等。其用量为2%~12%。

耐火粉料和超微粉的合计用量为28%~32%。应当指出，低水泥耐火浇注料的品种不同，超微粉用量也不同，均有相应的最佳用量，需经试验确定。经验的最佳用量为4%~10%。

在低水泥耐火浇注料中，采用的外加剂，主要是高效减水剂和分散剂，其品种有NNO、MF、NF、JN、SM，腐殖酸、柠檬酸和酒石酸等及其盐类，三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和硼酸等，用量一般为0.03%~1.0%。选用外加剂时，应与超微粉配伍，同时应考虑材料的来源、使用方便及其成本。一般来说，有机外加剂的减水和分散效果，优于无机外加剂。另外，还掺加膨胀剂，如蓝晶石和硅线石等，以使低水泥耐火浇注料高温下呈微膨胀状态。

在熟知这些配制基本原则后，即能配成多品种的低水泥耐火浇注料。例如，用8~0mm的一级矾土熟料骨料70%，同级矾土熟料粉20%，625号CA-50水泥5%，硅灰5%，三聚磷酸钠0.2%和水6.5%配成的浇注料，烘干耐压强度20MPa，1450℃烧后耐压强度和线收缩分别为72MPa和0.01%;上述配合比中，可用酒石酸0.03%和硼砂0.05%或用腐殖酸钠0.3%，同样能配制成较好的低水泥耐火浇注料。水用量一般不大于7%，越少越好。

影响因素

（一）超微粉

超微粉对低水泥耐火浇注料的作用，是决定低水泥系列耐火浇注料性能的支柱，也可毫不夸张地说，没有超微粉，就没有低水泥系列耐火浇注料。

SiO₂超微粉

在低水泥耐火浇注料中，超微粉主要起分散促进剂和结构密实剂的作用。前者使水泥颗粒高度分散而不絮凝，后者使组织结构微孔得到充分填实而提高强度。超微粉种类有SiO₂、α-Al₂O₃、Ca₂O₃、ZrO₂和MgO等。SiO₂超微粉的比表面积为20m²/g左右，其粒径约为水泥颗粒的1/100，因此具有良好的分散性和填充性。图1为SiO₂粉对低水泥浇注料性能的影响。从图中看出，随着SiO₂超微粉用量的增加，强度提高，耐火度降低，适宜的用量为≥3%。

图1 SiO₂粉对低水泥浇注料性能的影响

1、2和3——分别为1d、3d和烘干耐压强度;4——耐火度

(二)铝酸盐水泥

铝酸盐水泥品种较多，品种不同，配制的低水泥耐火浇注料性能也有所区别。例如，在配合比和工艺条件基本相同时，CA-50水泥和CA-70水泥用量均为5%，其烘干、800℃和1100℃烧后耐压强度，前者分别为45MPa、51MPa和59MPa，后者相应的为65、70和74MPa。这说明，采用CA-70水泥配制的低水泥耐火浇注料性能，优于CA-50水泥配制的低水泥浇注料性能，但成本略有提高。

图2 水泥用量对低水泥浇注料强度的影响

图2为水泥用量对低水泥浇注料强度的影响。浇注料的基本配合比不变，保持耐火粉料和水泥的用量为常数。水泥的最低用量，应保证有足够的常温强度，以满足低水泥耐火浇注料的拆模或吊运的技术要求。该浇注料的常温耐压强度分别为15MPa和22MPa。从图中看出，在1100℃之前，水泥用量多，烧后耐压强度高，在1400℃和1500℃时，二者基本相似，水泥用量少的略高些。

(三)耐火骨料

在配制低水泥系列耐火浇注料时，耐火骨料一般不用破碎后的统料，而是采用多级颗粒级配。耐火骨料的品种不同，配制的低水泥浇注料性能也不同，详见表1。从表中看出，耐火骨料品种不同，其浇注料的烘干耐压强度也不同，即耐火骨料质量的优劣，直接影响其性能。因为良好的骨碎，其气孔率低，吸水率小，所以浇注料需水量也少，性能便可提高。

表1 骨料品种和质量对浇注料的影响

在配制低水泥系列耐火浇注料时，应选择烧结良好、结构致密的耐火原料作耐火骨料和粉料，必要时应进行除铁和拣选，绝对不可用欠烧或混入有害杂质的原料作骨粉料。

(四)水用量

低水泥系列耐火浇注料的水用量，与其他耐火浇注料一样，也是在保证拌和料和易性的前提下，其水用量越少越好。这样，浇注料成型体硬化后，气孔少，总孔隙量降低，组织结构致密，烧后线变化小，强度提高。

图3 水用量对浇注料性能的影响

1-烘干耐压强度;2-显气孔率

图3为水用量对浇注料性能的影响。从图中看出，随着低水泥耐火浇注料水用量的增加，其强度降低，显气孔率增大。

最新研究结果证明，低水量不但能使低水泥耐火浇注料的总孔隙量降低，而且能加速铝酸盐水泥的早期水合作用，使水化物含有较少的结合水，同时单位胶结能力有所增强，因此有助于提高其常温、烘干和中温强度。

应当指出，低水泥系列耐火浇注料的特点是低气孔、致密和高强等，这对使用是十分有利的。但是，其气孔被超微粉填塞，透气度较差，在烘烤和加热过程中，水蒸气难以顺畅的排除，易造成衬体的剥落或炸裂，这是美中不足。因此，该类耐火浇注料的烘炉，至关重要，必须根据其品种、施工体的厚度及其部位，合理的制定烘烤制度。同时，也可在耐火浇注料中掺加防爆剂，如金属铝粉、乳酸铝和有机纤维等，以便使水蒸气能畅通的排除。

低水泥耐火浇注料中含有超微粉和外加剂，且搭配合理、巧妙使用，因此性能优良。但是，受环境和作业等因素的影响，其质量和作业性易发生时效变化，即瞬时凝结、流动性降低或硬化延迟等。

低水泥耐火浇注料发生时效变化的原因是多方面的。SiO₂超微粉用量过大或分散剂品种不适，易发生时效变化或使时效加剧;耐火浇注料贮运过程中受潮或淋水，是其发生时效变化的主要原因。因此，低水泥耐火浇注料的配合比，应精心设计，采用密封包装，贮运时严禁受潮，同时用强制式搅拌机混料，拌和料应及时用完，这样就可防止其发生时效变化。