利用復(fù)合外加劑配制超輕高強(qiáng)耐火混凝土的研究

[摘　要] 本文通過添加復(fù)合外加劑的方法，配制出超輕高強(qiáng)耐火混凝土，填補(bǔ)了目前國內(nèi)超輕耐火混凝土高溫力學(xué)強(qiáng)度偏低的空白。

[關(guān)鍵詞] 　復(fù)合外加劑； 　體積密度； 　力學(xué)強(qiáng)度

[中圖分類號] TU5281042 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1002-3550(2003)09-0043-02

Research on preparing super lightweight and high strength refractory concrete with compound admixtures

Abstract : 　The paper introduces using compound admixtures ，prepare super light weight and high strength refractory concrete ，fill up the blank of low mechanical strength in high temperature of super lightweight refractory concrete in China.

Key words : 　compound admixtures ； 　density ； 　mechanical strength

1 　前言

超輕混凝土中骨料的強(qiáng)度一直限制著混凝土力學(xué)強(qiáng)度的發(fā)展，而結(jié)合劑量的增加又相應(yīng)增加了超輕混凝土的體積密度，能否在體積密度基本恒定前提下通過提高基質(zhì)強(qiáng)度來提高其高溫力學(xué)強(qiáng)度成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)心的課題。本文以膨脹珍珠巖、漂珠、硅粉、高鋁水泥為主要原材料，通過將兩種不同的外加劑復(fù)合配制出超輕高強(qiáng)耐火混凝土。

2 　研制過程

2.1 　原材料

本試驗(yàn)以膨脹珍珠巖、漂珠、硅粉、高鋁水泥為主要原材料，膨脹珍珠巖的密度為80kg/m³～150kg/m³，粒度要求為粒徑小于0.15mm的不大于8% ，各種原材料的理化性能見表1。

2.2 　外加劑

本試驗(yàn)主要采用兩種外加劑，分別為木鈣(本文簡稱“M”)和六偏磷酸鈉(本文簡稱“P”) 。木鈣是目前最常用的減水劑之一，它以亞硫酸鹽紙漿廢液為原料，經(jīng)過發(fā)酵、脫糖和烘干而成；六偏磷酸鈉[(NaPO3)6]為白色粉末狀，極易溶于水，呈堿性，pH值為6～618，P2O5含量為56～65%，水不溶物小于2%。

2.3 　試驗(yàn)方法

由于膨脹珍珠巖本身高溫力學(xué)強(qiáng)度特別低，為了提高膨脹珍珠巖耐火混凝土的高溫力學(xué)強(qiáng)度，必須首先提高耐火混凝土基質(zhì)強(qiáng)度，它對耐火混凝土高溫力學(xué)強(qiáng)度起著決定性的影響，為此筆者采用了正交試驗(yàn)對有關(guān)原材料、外加劑及結(jié)合技術(shù)的選用進(jìn)行多次優(yōu)選處理，并著重從高溫力學(xué)強(qiáng)度和體積密度兩方面進(jìn)行評定，初步確定了高鋁水泥的摻量及膨脹珍珠巖、漂珠、硅粉等原材料的摻量范圍，針對M、P外加劑單一摻加和復(fù)合摻加用正交試驗(yàn)作進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)選用L9 (34) 表設(shè)計(jì)了9組正交試驗(yàn)以對膨脹珍珠巖、漂珠、硅粉的摻量和外加劑品種作進(jìn)一步確定，表2列出了試驗(yàn)所采用的因素水平表。

　  試驗(yàn)根據(jù)YB/T5202-1993制備耐火混凝土試樣，試樣尺寸為160mm×40mm×40mm，根據(jù)YB/T5200-1993、YB/T5201-1993和YB/T5203-1993分別測定試樣在110℃體積密度和815℃體積密度、燒后抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和線變化率。

正交試驗(yàn)及其試驗(yàn)結(jié)果列于表3。

3 　試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 　極差分析

根據(jù)表3正交試驗(yàn)及其試驗(yàn)結(jié)果，將各因素的性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算整理并進(jìn)行極差分析列于表4。從極差分析結(jié)果來看，影響815℃體積密度的各因素主次順序?yàn)?/SPAN>B→A→D→C，影響815 ℃抗折強(qiáng)度的各因素主次順序?yàn)?/SPAN>B →A →C →D ，影響815℃抗壓強(qiáng)度的各因素主次順序?yàn)?/SPAN>B →A →C →D ，即外加劑品種和硅粉摻量是影響各性能指標(biāo)的主要因素。

3.2 　外加劑品種

由表4極差分析知，隨著外加劑品種M+P、P、M的變化，耐火混凝土815℃體積密度減小，而815℃抗折強(qiáng)度和815℃抗壓強(qiáng)度減小，因M外加劑因?yàn)槊撎遣煌耆?/SPAN>，對混凝土起緩凝作用，同時(shí)因其屬引氣型減水劑，在未摻入本減水劑時(shí)，混凝土內(nèi)部含氣量為2.%～2.5% ，當(dāng)摻入M外加劑增多時(shí)，混凝土內(nèi)部含氣量達(dá)3.6% ，高溫力學(xué)強(qiáng)度下降；當(dāng)摻入P外加劑后，產(chǎn)生了聚合作用有利于提高混凝土基質(zhì)，降低氣孔率，提高混凝土高溫力學(xué)強(qiáng)度。根據(jù)極差分析結(jié)果，確定外加劑品種最佳選用M+P復(fù)合。

3.3 　硅粉摻量

由表4極差分析知，隨著硅粉摻量的增大，耐火混凝土815℃體積密度增大，而815℃抗折強(qiáng)度和815℃抗壓強(qiáng)度都有一個(gè)峰值，這一方面主要是由于硅粉的填充作用使物料變得致密，以致隨著硅粉摻量的提高，耐火混凝土體積密度增大；另一方面由于硅粉與水作用，在SiO₂表面水化后會形成硅烷醇基Si-OH ，在干燥過程中，它會脫水聚合而形成牢固的由Si-O-Si鍵結(jié)合的硅氧烷網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而發(fā)生硬化，如下所示:

　　硬化后形成的硅氧烷網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中Si與O之間的鍵并不隨溫度升高而斷裂，而是一直保持到815℃以上，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨著熱處理溫度的提高而提高，從而保證了它們具有較高的中溫?zé)髲?qiáng)度，使耐火混凝土經(jīng)熱處理后力學(xué)強(qiáng)度提高。當(dāng)硅粉加入較少時(shí)，耐火混凝土顆粒間彼此排列較松，空隙較大，填充和堆積較差，高溫力學(xué)強(qiáng)度較低；當(dāng)硅粉加入過多時(shí)，由于比表面積大，反應(yīng)燒結(jié)后比表面積減小，高溫?zé)蟛痪鶆蚴湛s導(dǎo)致產(chǎn)生了較多的裂紋，必然導(dǎo)致高溫力學(xué)強(qiáng)度下降。根據(jù)極差分析結(jié)果，確定硅粉最佳摻量為36%。

3.4 　膨脹珍珠巖摻量和漂珠摻量

由表4極差分析知，膨脹珍珠巖摻量和漂珠摻量是影響各性能指標(biāo)的次要因素，從極差分析結(jié)果來看，膨脹珍珠巖的最佳摻量為28% ，漂珠的最佳摻量為32%。

4 　結(jié)論

　　1. 在超輕高強(qiáng)耐火混凝土中，采用復(fù)合外加劑，應(yīng)用低水泥超細(xì)粉結(jié)合技術(shù)可大大提高耐火混凝土高溫力學(xué)強(qiáng)度。

　　2. 在超輕高強(qiáng)耐火混凝土中，硅粉最佳摻量不同于重質(zhì)低水泥耐火混凝土，可根據(jù)所需的體積密度進(jìn)行調(diào)整。

3. 根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《隔熱耐磨混凝土襯里技術(shù)規(guī)范》(SH3531-1999)，新研制的超輕高強(qiáng)耐火混凝土的強(qiáng)度性能已達(dá)到規(guī)范要求的隔熱襯里D1、D2 級，其體積密度降低28% ，是工業(yè)窯爐實(shí)現(xiàn)薄壁輕型的良好材料。