低水泥浇注料硬化机理研究

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1、低水泥浇注料硬化机理的研究（Ⅲ）译自《耐火物》2010,62（6）：280-290摘要：首先根据报导过的低水泥浇注料硬化机理的研究结果，进行了以减少低水泥浇注料硬化时间的一半为目标的有效硬化促进剂的探索。希望通过少量添加氧化铝水泥以外的Ca2+离子引入源就能够起到促进浇注料硬化的效果。实验结果表明：Ca(OH)2可以作为低水泥浇注料的硬化促进剂。为了在保证浇注料流动性的同时，而将其硬化时间减少一半，由于浇注料材质的不同，必要的Ca(OH)2填充量而出现差异，其添加量在0.02mass%-0.1mass%范围内变

2、化。这种程度的添加量，对耐火材料的流动性几乎不会产生影响。并且根据对毛细管水中溶解成分的分析结果，进一步详细分析了低水泥浇注的硬化机理。实验分析结果与当初设想的机理并没有出现本质性的不同，但是，在低水泥浇注料内部发生了复杂的化学反应，且在达到浇注料硬化阈值前胶体的稳定性一直在发生复杂的物理化学变化等过程。关键词：低水泥浇注料；硬化机理；促进剂；氢氧化钙；Ca2+离子1引言低水泥浇注料现已成为浇注料的主流，被广泛应用于以钢铁行业为中心产业界的各个方面。在通常情况下，低水泥浇注料是以半成品的形式从耐火材料生产商处发

3、货，在用户的使用现场进行施工。另外，众所周知低水泥浇注料的硬化时间会随着施工温度的变化而发生变化。针对这一点，耐火材料生产厂商根据施工温度对浇注料的硬化时间进行调整后发货。但是，一年四季每个季节的气温波动很大，还有，浇注料耐火材料从生产厂商运送到施工现场通常需要数日，因此，针对将会出现的无法预料的气温变动以及施工现场环境的变化等，生产厂商也有对此进行必要的调整。作为浇注料硬化时间的调整方法，从原理上考虑，分为延迟硬化时间的情况和促进硬化时间的情况。众所周知，NaHCO3、H3BO3等作为延迟浇注料硬化时间的缓凝

4、剂非常有效，但作为促进浇注料硬化的合适的促进剂尚未被公开。作为公开的浇注料促进剂，Poerzgen等介绍了添加普通硅酸盐水泥的实验例，但是硅酸盐水泥内含有的二氧化硅对浇注料特性的影响是不能忽视的，也是我们所不希望的。还有，虽然我们的有些实验结果尚未公开，但是从实验结果可以看出，随着氧化铝水泥含量的增加，在某种程度促进浇注料水泥的硬化是有可能的，但水泥的成分是变化的，所以水泥无法被称为合适的硬化促进剂。如果有合适的硬化促进剂，硬化时间的调整就变得容易了。为此，笔者认为有必要考虑探索新的有效的硬化促进剂。在探索新的

5、有效地硬化促进剂的过程中，如果利用笔者先前报导过的关于低水泥浇注料的硬化机理，探索有效的浇注料硬化促进剂的实验是没有错误的，这样还可以对浇注料的硬化机理进一步进行理论方面的分析。在以往的研究报告中，介绍了采用有机分散剂的氧化铝-尖晶石质低水泥浇注料，在改变硬化缓凝剂NaHCO3的添加量时，Ca2+离子的浓度变化如图1所示。从图中可以看出，Ca2+14离子的浓度变化具有如下三个特征：（1）在任何情况下，Ca2+离子的初始浓度（初始值）保持一定值；（2）随着NaHCO3添加量的增加，Ca2+离子浓度上升（Ca2+离

6、子析出浓度）的趋势减小（存在NaHCO3的添加量相同，而变化趋势不同的情况，可以认为这是由于在15-20℃范围测定温度内使用的原料批次不同引起的）；（3）当Ca2+离子达到一定值后，浇注料开始发生硬化，将此时的Ca2+离子浓度称为“硬化阈值”（以后有时或简称“阈值”）。以上三点决定了浇注料的硬化时间，而且，结合其它实验的结果，总结归纳出如下所述的低水泥浇注料硬化机理。即在低水泥浇注料中，10μm以下的超细微粉（以下简称“超细粉”）含量很高，与水混合后，微粉颗粒在分散剂的作用下，形成了稳定的溶胶。Ca2+离子从氧

7、化铝水泥中析出，高价态的离子达到一定值后，溶胶失去稳定性，而开始发生凝聚，这即为低水泥浇注料的硬化机理。如果依据该实验结果和硬化机理，则可以认为促进浇注料硬化的方法有如下三种。第一种方法，是通过添加氧化铝水泥和引入别的Ca2+离子源，提高初始Ca2+离子的浓度而促进浇注料的硬化。在以往的报告中，Ca2+离子的浓度单位为g·l-1，但在本研究报告中，Ca2+离子的浓度采用mmol·l-1表示。为了与以往研究报告进行比较，在本研究中，部分内容同时给出了两种单位的值。在以前研究中以氧化铝-尖晶石浇注料为例进行了研究，

8、将毛细管水中的Ca2+离子浓度增加到0.5g·l-1（12.5mmol·l-1）左右，使浇注料硬化时间缩短了一半。作为Ca2+离子来源，假设使用Ca(OH)2时，在添加量约为0.02mass%左右少量添加时，还有利于促进浇注料的硬化，不利之处还少。第二种方法是，增大Ca2+离子从氧化铝水泥中析出的速度。在以往的分析中，延迟浇注料硬化时间的机理为在氧化铝水泥颗粒表面形成包覆膜（包覆膜是什