以超輕氧化鋁質(zhì)骨料為主要骨料的高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料，隔熱性能良好，適用于由于受氫氣侵蝕而對(duì)硅含量有嚴(yán)格要求的襯里部位。但是，隨著水泥含量的改變，高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料的性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究添加不同含量的鋁酸鈣水泥對(duì)高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料性能的影響，找出高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料隨水泥含量不同的變化規(guī)律。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)原料及方案
本實(shí)驗(yàn)的主要原料為超輕氧化鋁骨料和鋁酸鈣水泥。所用原料的主要化學(xué)組成見(jiàn)表1。
按照表2配方組成進(jìn)行配料，具體是將骨料及粉料加入攪拌罐中，攪拌均勻后再加入水?dāng)嚢?min，然后制備成160mmx40mmx40mm的試樣。試樣經(jīng)110°C烘干后分別于1000℃、1 300℃和1500℃保溫3h煅燒，分別測(cè)試經(jīng)過(guò)不同熱處理溫度后試樣的體積密度、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。制備Φ20mmX 100mm的試樣，用于測(cè)試材料的熱膨脹系數(shù)。
2.2性能測(cè)試
采用YB/T5200-1993致密耐火澆注料顯氣孔率和體積密度試驗(yàn)方法，YB/T5201-1993致密耐火澆注料常溫抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，分別檢測(cè)燒成后試樣的體積密度、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。采用GB/T7320.1-2000耐火材料熱膨脹試驗(yàn)方法-頂桿法檢測(cè)試樣的熱膨脹系數(shù)。用日本產(chǎn)CT-1000型抗折實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的抗折強(qiáng)度用日本產(chǎn)MS-20-S1型抗壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的抗壓強(qiáng)度。用RPZ-03型高溫?zé)崤蛎泝x測(cè)試試樣的熱膨脹系數(shù)。
3 結(jié)果與討論
3.1鋁酸鈣水泥及熱處理溫度對(duì)材料體積密度的影響
圖1 不同熱處理溫度下鋁酸鈣水泥含量與體積密度關(guān)系曲線
圖1示出了含有不同含量鋁酸鈣水泥試樣的體積密度由圖1可以看出，試樣經(jīng)過(guò)110℃烘干后，體積密度隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)減小的變化規(guī)律，并且隨著水泥含量的增加，體積密度增大。這是因?yàn)樵诔p氧化鋁質(zhì)骨料與骨料之間存在大量的孔隙，水泥進(jìn)入到這些孔隙中，隨著水泥含量的增加，這些孔隙被充填的越密實(shí)，因此材料的體積密度隨著水泥含量的增加而增加但是作為隔熱材料，材料的體積密度不應(yīng)太大，否則就會(huì)因材料的導(dǎo)熱率增大而影響隔熱效果。
3.2鋁酸鈣水泥及熱處理溫度對(duì)材料抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度的影響
圖2 不同熱處理溫度下鋁酸鈣水泥含量與常溫抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線
圖3 不同熱處理溫度下鋁酸鈣水泥含量與常溫耐壓強(qiáng)度關(guān)系曲線
圖4 試樣熱膨脹系數(shù)隨熱處理溫度和鋁酸鈣水泥含量的關(guān)系曲線
圖2、圖3分別示出了試樣經(jīng)過(guò)不同熱處理溫度后含有不同含量鋁酸鈣水泥試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。由圖3中可以看出，材料的抗折強(qiáng)度隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。并且隨著水泥含量的增加，材料的抗折強(qiáng)度也相應(yīng)的增加。由圖4可以看出同樣的變化規(guī)律。這是由于在低溫段，水泥的水化物水化鋁酸一鈣和水化鋁酸二鈣會(huì)轉(zhuǎn)變成水化鋁酸三鈣，固相體積減少，孔隙率大大增加，強(qiáng)度顯著降低。因此在熱處理溫度較低時(shí)，材料的抗折強(qiáng)度與耐壓強(qiáng)度呈現(xiàn)減小的變化規(guī)律。但是由于隨著水泥含量的增加，材料的體積密度也相應(yīng)的增加，導(dǎo)致材料的強(qiáng)度隨著水泥含量的增加而增加。隨著熱處理溫度升高，試樣中水泥逐漸產(chǎn)生液相，固相反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，燒結(jié)充分，使反應(yīng)形成的晶體長(zhǎng)大并形成致密的結(jié)構(gòu)。由于有較多的液相產(chǎn)生，促進(jìn)了燒結(jié)，使試樣顆粒之間的距離被拉近，強(qiáng)度也相應(yīng)的提高。因此，在高溫段液相逐漸形成后，材料的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度均相應(yīng)的隨著熱處理溫度的提高以及水泥含量的增加而增大。
3.3鋁酸鈣水泥及熱處理溫度對(duì)材料熱膨脹系數(shù)的影響
圖4示出了試樣的熱膨脹系數(shù)隨熱處理溫度不同而變化的關(guān)系曲線由圖4可以看出，試樣經(jīng)過(guò)110°C烘干后至500℃之間，熱膨脹系數(shù)隨熱處理溫度的提高而減小，并且在500°C左右出現(xiàn)拐點(diǎn)這是因?yàn)樵诖藴囟葏^(qū)間隨著熱處理溫度的提高氧化鋁產(chǎn)生膨脹，水泥因產(chǎn)生如下晶型轉(zhuǎn)變過(guò)程：
由低密度的CAH10。(密度為1.72g/cm3)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊腃3AH6(密度為2.52g/cm3)，固相體積減少，孔隙率大大增加，因此水泥發(fā)生收縮，導(dǎo)致材料的熱膨脹系數(shù)呈現(xiàn)減小的變化趨勢(shì)。試樣在500°C~1 300°C之間，熱膨脹系數(shù)隨熱處理溫度的提高而增大并且，材料的熱膨脹系數(shù)隨著水泥含量的增加而減小。這是因?yàn)樗嗪吭蕉啵l(fā)生晶型轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的C3AH6越多，材料收縮的也就越大，材料的熱膨脹系數(shù)越小。試樣在1300°C~1500°C之間，熱膨脹系數(shù)隨熱處理溫度的提高而減小，這是由于水泥逐漸形成液相，在表面張力作用下，試樣顆粒之間的距離被拉近，導(dǎo)致材料整體的膨脹減小，因此在此溫度區(qū)間，材料的熱膨脹系數(shù)呈現(xiàn)減小的變化趨勢(shì)。
4結(jié)論
(1)高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料的體積密度隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)減小的變化規(guī)律，并且隨著水泥含量的增加，體積密度增大。
(2) 高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，并且材料的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度隨著水泥含量的增加而增加。
(3) 高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱澆注料的熱膨脹系數(shù)隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)先減小后增大又減小的變化規(guī)律，并且材料的熱膨脹系數(shù)隨著水泥含量的增加而減小。