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硅含量有嚴格要求的襯里部位。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發(fā)生相應的變化。本實驗通過研究添加不同含量的鋁酸鈣水泥對高鋁質(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 實驗
2.1 實驗原料及方案
本實驗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組成見表1。
按照表2配方組成進行配料，具體是將骨料及粉料加入攪拌罐中，攪拌均勻后再加入水攪拌3min，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，分別測試經(jīng)過不同熱處理溫度后試樣的體積密度、抗折強度和耐壓強度。制備Φ20mmX 100mm的試樣，用于測試材料的熱膨脹系數(shù)。
2.2性能測試
采用YB/T5200-1993致密耐火澆注料顯氣孔率和體積密度試驗方法，YB/T5201-1993致密耐火澆注料常溫抗折強度和耐壓強度試驗方法，分別檢測燒成后試樣的體積密度、抗折強度和耐壓強度。采用GB/T7320.1-2000耐火材料熱膨脹試驗方法-頂桿法檢測試樣的熱膨脹系數(shù)。用日本產(chǎn)CT-1000型抗折實驗機測試試樣的抗折強度用日本產(chǎn)MS-20-S1型抗壓試驗機測試試樣的抗壓強度。用RPZ-03型高溫熱膨脹儀測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。這是因為在超輕氧化鋁質(zhì)骨料與骨料之間存在大量的孔隙，水泥進入到這些孔隙中，隨著水泥含量的增加，這些孔隙被充填的越密實，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太大，否則就會因材料的導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材料抗折強度、耐壓強度的影響
圖2 不同熱處理溫度下鋁酸鈣水泥含量與常溫抗折強度關系曲線
圖3 不同熱處理溫度下鋁酸鈣水泥含量與常溫耐壓強度關系曲線
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系曲線
圖2、圖3分別示出了試樣經(jīng)過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度和耐壓強度。由圖3中可以看出，材料的抗折強度隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。并且隨著水泥含量的增加，材料的抗折強度也相應的增加。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轉(zhuǎn)變成水化鋁酸三鈣，固相體積減少，孔隙率大大增加，強度顯著降低。因此在熱處理溫度較低時，材料的抗折強度與耐壓強度呈現(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的增加，導致材料的強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，固相反應能夠順利進行，燒結(jié)充分，使反應形成的晶體長大并形成致密的結(jié)構(gòu)。由于有較多的液相產(chǎn)生，促進了燒結(jié)，使試樣顆粒之間的距離被拉近，強度也相應的提高。因此，在高溫段液相逐漸形成后，材料的抗折強度和耐壓強度均相應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系曲線由圖4可以看出，試樣經(jīng)過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)拐點這是因為在此溫度區(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，導致材料的熱膨脹系數(shù)呈現(xiàn)減小的變化趨勢。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。這是因為水泥含量越多，發(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。
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度和耐壓強度隨著熱處理溫度的提高呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，并且材料的抗折強度和耐壓強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。