提高硅溶膠結合耐火澆注料早期強度的研究現狀

免费注册送38体验金平台 | 2020-05-28|浏览:96

溶膠結合耐火澆注料自20世紀80年代開始投入使用,且經過近30年的不斷研究,硅溶膠結合耐火澆注料的各種性能都得以完善。例如,滿足不同施工要求的流變性能、面向不同工況條件的各種材質硅溶膠結合耐火澆注料、硅溶膠結合耐火澆注料的強度演變過程、抗侵蝕性能及其影響因素等。以上多方面的研究成果,推動了硅溶膠結合耐火澆注料的不斷推廣應用。但是,到目前為止,在世界范圍內,免费注册送38体验金平台硅溶膠結合耐火澆注料仍然存在早期強度過低的瓶頸問題,限制了其發展和進一步工業應用。

針對硅溶膠結合耐火澆注料早期強度過低這一不足的相關研究工作在國內外已經持續進行了近10年。在國內,武漢科技大學在2008年開始逐步探索硅溶膠結合剛玉基耐火澆注料早期強度低的問題,免费注册送38体验金平台并開展了相關的研究。研究發現通過添加有機酸、碳酰胺或者MgCl2等添加劑,可以在一定程度上改善硅溶膠結合耐火澆注料早期強度,免费注册送38体验金平台但仍無法滿足實際需求。

同年,巴西圣卡洛斯大學的Pandolfelli團隊也系統的研究了鎂的多種化合物MgO、MgCl2、Mg(OH)2、MgS04及鈣的幾種化合物CaO、Ca(OH)2、CaCl2和CaS04對硅溶膠結合耐火澆注料的促凝作用及機理,并進一步測試了不同添加物對其機械強度的影響。他們研究認為:上述八種添加劑對硅溶膠結合耐火澆注料的促凝作用,免费注册送38体验金平台主要通過膠凝和絮凝機制而實現。

對于MgO等在水中溶解度較低的添加物來說,免费注册送38体验金平台主要通過膠凝機制,實現對硅溶膠的促凝過程,其膠凝作用機制如圖1所示。MgO的引入,由于其自身較強的堿性,會將硅溶膠膠粒表面的H+拉出,從而加速了硅溶膠膠粒間Si-OH的縮合過程,同時實現了硅溶膠的膠凝過程。

對于MgCl2類似的可溶性鹽類添加物,加入硅溶膠中的反應過程如圖2所示。絮凝機制指引入可溶性鹽類物質后將會快速的溶解并釋放出M92+,通過M92+的“橋接”作用,將硅溶膠膠粒相互連接在一起,加速了硅溶膠的膠凝過程。

研究分別測試了添加不同促凝劑的硅溶膠結合耐火澆注料的機械強度,總結發現通過膠凝機制發生促凝作用的添加物更有利于硅溶膠結合耐火澆注料的機械強度。這是由于膠凝機制是硅溶膠自然膠凝的機制,膠凝機制較絮凝機制在更大程度上保持了硅溶膠的三維網絡結構,所以機械強度較高。而絮凝機制,雖然可以有效的促凝,但是僅僅是借助外來離子的“橋接”作用縮短了硅溶膠膠粒間的距離,而不是將其連接在一起并形成網絡結構,所以強度較低。

膠凝機制雖然有利于機械強度的保持與提高,但是其不足在于不能顯著地縮短施工周期;反過來,絮凝機制雖然可以快速促凝,大大縮短施工周期,但是卻是以損失機械強度為代價。因此,雖然已經基本弄清了各種促凝劑的作用機制,但是卻一直無法取得令人滿意的工業應用效果。

近些年,武漢科技大學致力于充分發揮硅溶膠結合澆注料允許快干的優勢,研究和開發了可用于高爐快速修補的爐缸整體泵送料和速凝速強噴注料。研究內容包括了各種無機聚合物、有機高分子復合分散劑對硅溶膠結合耐火澆注料的流變性能的影響及幾種促凝劑在其凝固過程中的作用。進行的小規模現場試驗證明,通過引入合適的促凝劑可以實現小規模工業應用。

葉國田等人針對硅溶膠結合耐火澆注料的流變性能和強度進行了較為全面的研究。他們的研究仍集中于采用傳統的、常用的分散劑,例如六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、FDN及FS系列與PEG400等高效分散劑對硅溶膠結合耐火澆注料的流變性能及強度的影響,得出的結論認為六偏磷酸鈉加入量為0.05wt%時,可同時保證良好的流變性能及脫模強度。

在國際上,2013年M.Noufi.Khezrabad等在國際陶瓷上撰文綜述了硅溶膠和鋁溶膠結合耐火澆注料的發展歷程,并提出當前困擾其發展和應用的關鍵所在,即:施工周期依舊較長和早期強度過低。僅1年后,M.Nouri.Khezrabad等又在國際陶瓷上發表了專門針對如何提高硅溶膠結合耐火澆注料脫模強度的研究論文。其試驗中嘗試了一種不同于以往的新的復合促凝劑(鋁酸鈣水泥O.5wt%與水合氧化鋁1.5wt%復合),取得了滿意的促凝效果,顯著提高了硅溶膠結合澆注料的早期強度,見圖3所示。

利用上述促凝劑,更有利于調控硅溶膠結合耐火澆注料的施工性能,也顯著地提高了早期強度。但是,值得注意的是,復合促凝劑中的鋁酸鈣水泥含量為0.5wt%,與硅溶膠同時共存,使耐火材料在高溫下使用受到一定限制。例如:在鋁硅系材料中,1400℃~1500℃的溫度范圍會形成鈣長石和鈣黃長石等低熔點物質,必將對材料的高溫性能產生不利影響;同時,這也有違發展無水泥結合(硅溶膠結合)耐火澆注料的初衷。