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        檸檬酸在低水泥澆注料中的應(yīng)用研究

        2014-10-09 12:03:46張海波張康康
        江蘇陶瓷 2014年3期
        關(guān)鍵詞:鋁酸鈣耐壓常溫

        張海波 張康康

        (通達耐火技術(shù)股份有限公司,北京 100085)

        0 前言

        流動性與可施工時間是不定形耐火材料的重要性能指標(biāo),在夏季施工中,由于氣溫較高,會造成耐火澆注料可施工時間明顯縮短,因此,夏季施工中經(jīng)常通過在澆注料中添加緩凝劑來延長耐火澆注料的可施工時間,而檸檬酸做為一種羥基羧酸類有機緩凝劑,是水泥結(jié)合耐火澆注料常用緩凝劑之一。

        1 實驗

        1.1 實驗原料及配比

        實驗的基礎(chǔ)配方以 80 均質(zhì)礬土(3~5,1~3,0~1)、碳化硅、硅灰、α-Al2O3、純鋁酸鈣水泥為主要原料,輔之以適量的三聚磷酸鈉等外加劑。

        各配比檸檬酸摻量如表1所示,固定加水量為4.6%(w%),檸檬酸以外摻法加入。

        表1 各配比檸檬酸摻量

        1.2 試樣制備及檢測

        按基礎(chǔ)配方與表1配制的澆注料在強制攪拌機內(nèi)干混1min后加預(yù)定水量,強制攪拌3 min之后將澆注料按相應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)成型,自然養(yǎng)護24h后脫模,除三條試樣脫模后直接測試強度外,其余試樣均經(jīng)110℃烘干備用。

        實驗主要測試內(nèi)容包括澆注料的可施工時間、脫模試樣的強度、110℃×24h烘干、1100℃×3h和 1300℃×3h條件下熱處理后澆注料試樣的強度。其中可施工時間采用目測法,常溫抗折強度和常溫耐壓強度測試方法執(zhí)行YB/T5201-1993《致密耐火材料常溫抗折強度和抗壓強度試驗方法》。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 檸檬酸摻量對低水泥耐火澆注料可施工時間的影響

        從圖1可以看出,本實驗中不摻加檸檬酸和僅摻加0.02%檸檬酸時,澆注料的可施工時間均為30min,可見加入0.02%的檸檬酸對澆注料可施工時間影響不大。隨著檸檬酸摻量進一步增加,澆注料的可施工時間逐漸延長,并在摻量為0.04%時達到65min,摻量繼續(xù)增加至0.05%時,澆注料的可施工時間變化不明顯??梢?,適宜摻量的檸檬酸對于延長澆注料的可施工時間具有明顯效果。

        圖1 檸檬酸摻量對耐火澆注料可施工時間的影響

        相關(guān)文獻指出:檸檬酸能延長澆注料的可施工時間,是基于其對純鋁酸鈣水泥的緩凝作用。檸檬酸的分子結(jié)構(gòu)中含有絡(luò)合物形成基(-OH,-COOH),水泥水化形成的Ca2+為二價正離子,配位數(shù)為4,是弱的結(jié)合體,能在堿性環(huán)境中形成不穩(wěn)定的絡(luò)合物。羥基在水泥水化產(chǎn)物的堿性介質(zhì)中與游離的Ca2+生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物,在水化初期控制了液相中Ca2+的濃度,產(chǎn)生緩凝作用。其次,羥基、羧基均易與水分子通過氫鍵締合,再加上水分子之間的氫鍵締合作用,使水泥顆粒表面形成了一層穩(wěn)定的溶劑化水膜,阻止了水泥顆粒間的直接接觸,阻礙水化進行,而含羧基或羧酸鹽化合物也易與游離的Ca2+生成不溶性的鈣鹽,沉淀在水泥顆粒表面,從而延緩水泥水化速度。

        2.2 檸檬酸摻量對低水泥耐火澆注料常溫抗折強度與耐壓強度的影響

        圖2 檸檬酸摻量對耐火澆注料常溫抗折強度的影響

        圖3 檸檬酸摻量對耐火澆注料常溫耐壓強度的影響

        從圖2與圖3可以看出,隨著檸檬酸摻量的增加,脫模試樣與110℃×24h試樣的抗折強度與耐壓強度均呈現(xiàn)降低的趨勢,而1100℃×3h和1300℃×3h條件下熱處理的澆注料試樣的抗折強度與耐壓強度變化并不明顯,未呈現(xiàn)顯著降低的趨勢。相關(guān)文獻指出:檸檬酸等緩凝劑的加入延緩了純鋁酸鈣水泥中Ca等礦物的快速水化,抑制純鋁酸鈣水泥的水化過程,從而導(dǎo)致其水化產(chǎn)物CaO·Al2O3·10H2O的減少,進而導(dǎo)致了澆注料早期強度的降低;而在800℃以上時水泥水化形成的礦物由于結(jié)構(gòu)水的脫去而被破壞,澆注料試樣強度主要已不是由水泥水化產(chǎn)物提供,因而加入檸檬酸的1100℃×3h和1300℃×3h熱處理的澆注料試樣的抗折強度與耐壓強度并沒有明顯降低。

        3 結(jié)論

        (1)在低水泥耐火澆注料中,添加適量的檸檬酸對于延長澆注料的可施工時間具有明顯的效果。

        (2)在一定摻量范圍內(nèi),隨著檸檬酸摻量的逐漸增大,澆注料脫模與烘干試樣的抗折強度與耐壓強度逐漸降低。

        (3)隨著檸檬酸摻量的逐漸增大,澆注料1100℃×3h和1300℃×3h熱處理試樣的常溫抗折強度與耐壓強度沒有明顯降低,變化不大。

        [1]王振軍,何廷樹.緩凝劑作用機理及對水泥混凝土性能影響[J].公路.2006(7):149-155.

        [2]張冠倫,張云理.混凝土外加劑原理及應(yīng)用技術(shù)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社.1990.

        [3]沈鐘,王果庭.膠體表面化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1997.

        [4]李志剛,葉方保,等.鋁酸鈣水泥對剛玉基澆注料性能的影響[J].試驗研究.2007,41(5):336~340.

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