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        對耐火澆注料流變性產生影響的四個因素分析

        發布日期:2021-07-06 18:16:47 所屬欄目:耐材知識

            影響澆注料流變性的因素很多,如顆粒的極限尺寸、形狀、分布、吸水率:結合劑、分散劑的性質與加入量、加水量以及混合攪拌工藝等,但其中最主要的影響是結合體系、粒度分布和分散劑的性質與加入量


            1、粒度分布及顆粒形狀


            在澆注料中,粗顆粒隨著漿體一起流動的流動性較差,而細粉及細小顆粒的流動性較好。即較粗的顆粒在澆注料料中起到的作用是一種阻礙作用,特別是顆粒較粗的阻礙作用更大。


            不定形耐火材料的粒度級配方面最具權威性的理論是Andreassen粒度分布理論。可用以下公式表示:


            CPFT=(d/D)q×100%(1)


            式中:CPFT—小于某一粒度的累計百分數(體積);d-最小顆粒尺寸;D-最大顆粒尺寸:q-分布系數。


            粒度分布依據多元組分系統體積百分比計算。如果Andreassen分布以對數曲線繪制,粒度分布趨于直線,直線斜率用q表示。對澆注料而言,為了獲得最佳堆積方式,q值應為0.2~0.3之間。采用較低的q值,物料中會有更多的細粉,這些細粉作為填充劑和潤滑劑,可減少粗顆粒之間的摩擦,從而獲得良好的流動性。粒度組成中尤其是基質部分對于提高澆注料的流動性起著重要的作用。


            在低剪切速率(2轉/s)下q=0.21時澆注料的扭距值為0.2N.m、自流值為114%,q=0.26時扭距值為0.2N.m、自流值為q=0.21的60%,q=0.31時扭距值為1.6N.m。隨著q值的增大,澆注料的剪切應力增大、流動值下降。


            在低水泥礬土基自流澆注料中,隨著粒度分布的減小(q值從0.29,0.26到0.23),試樣的剪切應力、流動阻力和剪切粘度均呈上升趨勢,粒度分布顯著影響澆注料的流變性。


            對剛玉一尖晶石質自流澆注料的流動特性的研究表明:骨料中粗、中、細顆粒的比例應適當,粗:中:細=10:30:20時,流動性較好;骨料與粉料的比例對流動性影響很大,當骨料:粉料的比例為55:45時,流動性較好。


            自流料中<1mm部分多則流動性好,而粉料太多則需水量大。所以增加1~0mm的顆粒組分對改善流動性是有利的。具有良好流動性的粒度構成范圍為:>1mm35~50%,1?0mm15~30%,<0.088mm35~50%。


            2、水泥加入量


            水泥加入量對澆注料的流動性有顯著影響,鋁酸鈣水泥在形成水化產物的過程中需要適量的水,在加水量相同時水泥加入量多必然減少自由水的數量而降低澆注料的流動性。但水泥加入量過少會影響澆注料低溫下的強度,因此在保證澆注料強度的前題下應適當減少水泥用量。在超低水泥澆注料中水泥主要起到遲效促凝劑的作用。對剛玉·尖晶石-鋁酸鈣懸浮液流變特性的研究表明:隨著鋁酸鈣水泥加入量的提高,懸浮液的屈服應力和塑性粘度均出現增大的趨勢。


            3、微粉的種類及加入量


            澆注料中的微粉遇水后容易形成具有雙電荷層的膠團,由于電解質和表面活性劑的分散作用,微粒之間不形成團聚,加入分散劑后,通過離子交換增大了ξ電位,使膠團增大,這樣在同樣用水量的情況下可以提高澆注料的流動性,而保持同樣的流動性則量減少。因此微粉的使用減少了用水量、可降低澆注料試樣的氣孔率,使澆注料獲得更加均勻致密的組織結構。


            SiO2微粉為無定形二氧化硅,具有較大的比表面積和表面能、較小的粒徑,能更有效地填充顆粒空隙,置換出自由水,自由水起到潤滑作用。另外,SiO2微粉在相同的條件下在水中形成具有雙電荷層的膠團,在相同的條件下,與α-Al2O3微粉相比,具有較大的ξ電位(-69mV),α-Al2O3微粉相應的ξ電位為所以,SiO2微粉具有更好的減水效果和流動性。


            4、分散劑種類及其加入量


            粉料在加水攪拌時,會產生一些網架結構從而對流動性不利。網架結構產生的原因可能是:(1)由于水泥在水化過程中所帶電荷不同,由異性電荷相互吸引而成:(2)由于帶電粒子在溶液中的運動,互相碰撞、吸附,相互吸引引起:


            (3)粒子間的VanderWaals力勢能和雙電層的斥力勢能所致。加入分散劑后,分散劑離解出陰離子基團,與泥漿中的帶電粒子作用,增加了粒子間的靜電斥力勢能,降低了粒子間的VanderWaals引力勢能。另一方面,分散劑吸附層的粒子相互接近時,吸附層的重疊會產生一種新的斥力勢能,阻止粒子聚集,使網架結構遭到破壞,從而改善澆注料的流動性。


            分散劑種類及其加入量不同,對泥漿懸浮液的流變特性有不同程度的影響。宏觀表現為剪切應力和粘度隨分散劑種類及其加入量的改變而變化。最常用的減水劑為表面活性物質,分為離子性和非離子性減水劑。離子性減水劑在水中電離出陰離子基團,吸附在微粉膠粒表面;非離子性減水劑在水中不電離出離子基團,其親水基主要有一定數置的含氧基團(一般為醚基和羥基)構成,具有強烈的活性作用,以物理吸附的方式吸附于膠粒表面,特別是在超細粉表面,改變膠粒表面的電動電位,增大膠粒之間的排斥力。由于該斥力的作用,破壞了超細粉的團聚體,以及水泥粒子之間形成的網絡結構,從而使包裹的游離水釋放出來。分散劑的加入量過多會產生不良影響。過剩的分散劑會締合成膠束,使溶液粘度上升,同時電離出陽離子對雙電層產生壓縮作用,使雙電層變薄,ξ電位下降,粒子間斥力減弱,絮凝結構重新形成,游離水再次被包裹。因此,過多的分散劑不但不能發揮分散作用,甚至會帶入雜質,影響澆注料的理化性能。


            對于不同的體系,適用的分散劑的種類是不相同的,需要通過實驗來對比研究,從而選擇出合適的分散劑。


            澆注料對加水量特別敏感,加水量不足、流動值太小,物料不能正常流動填充,氣泡不能排出來;加水量過大,會引起骨料下沉,從而導致骨料與基質分離,并且水分過多會影響材料的密度和強度,以及耐侵蝕性能和耐磨性能等。


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