铝酸盐水泥耐火浇注料是指以普通铝酸钙水泥为结合剂,与耐火骨料和粉料按一定比例配制成的混合料,经加水搅拌、振动浇注成型、养护和烘烤后可直接使用。普通铝酸钙水泥有低铁型和高铁型之分。低铁型是以天然低硅铝矾土(SO2含量小于8%)和石灰石配制烧结而成。
普通铝酸钙水泥结合的浇注料应用范围较广,可根据使用温度和使用条件分别选用不同类型铝酸钙水泥作结合剂,配加不同的耐火骨料和粉料。通常用于冶金、石化、机械、建材等工业部门的各种热处理炉、加热炉、均热炉、出铁和出钢槽、锅炉、回转窑窑头和窑尾,石油化工用反应器和各种热管道与阀门的内衬等。
普通铝酸钙水泥耐火浇注料可分为三类。矿物组成以CA为主的水泥作结合剂的A型水泥浇注料。矿物组成以CA2为主(约占60%),其余为CA和少量C2AS的水泥作结合剂的B型水泥浇注料。矿物组成以CA2为主,几乎不含CA的水泥作结合剂的C型水泥浇注料。
（一）A型耐火浇注料：各级粘土质或高铝质骨料和粉料按一定比例配合,加A型水泥。因A型水泥在常温下凝结硬化速度较快,在水化初期(10h内)放出热量较大(约为总水化热的80%),故在夏季养护过程中,必须随时喷水冷却。在冬季养护过程中,要用湿麻布或塑料薄膜覆盖,以保持浇注料表面潮湿,目的在于避免浇注好的衬体或预制块温度过高,表面水分蒸发过快,不能达到充分水化,表层出现疏松,导致强度下降。A型水泥浇注料浇注成型后一般经过1~3h就可达到初凝,6~8h后达到终凝,强度增长较快,养护1d可达到极限强度的75%,3d可达85%~95%,7d后基本达到极限强度。
①A型水泥浇注料的质量取决于所采用骨料的质量、骨料的粒度配比、水泥加入量,用水量和养护温度。对骨料要求烧结充分、致密、气孔率低、杂质含量低。骨料粒度配比要求设计成为最紧密堆积,因此宜采用多级配比,常用的级配为:15~7mm20%,73mm25%,3~0.088mm20%,<0.088mm(或<0.074mm)10~15%。A型水泥15~25%,还可加入微量减水剂,以降低用水量,改善施工性能,提高体积密度。
②水泥加入量的影响是:随水泥加入量的提高,常温养护后的强度也增大,但加入量大于25%之后,强度增长不大,而且水泥加入量过多时,水泥中的CaO会与Al2O3和SO2生成大量的C2AS或CAS2低熔相,大大降低浇注料的高温性能,因此,一般水泥加入量为12~15%。
③加水量的影响是:在保持浇注料具有较好的流动值下,用水量值越低,浇注料的强度越高。为降低用水量,可加入0.010.2%的减水剂。养护温度对A型水泥浇注料强度的影响很明显。通常在20℃上下养护可获得较好的强度。低于此温度水化不完全,强度很难达到最高值;高于此温度时,达到最高值后会出现强度降低现象。A型水泥耐火浇注料的物理性能随所结合的骨料和粉料的材质不同而异。
④A型水泥浇注料热处理后冷态抗折强度随温度提高而下降,这是由于水化物转变和水合键破坏所致。但热处理温度高于1200℃时,由于烧结,形成陶瓷结合,强度又随着温度提高而逐渐升高,这是与材料(骨料)热膨胀弥合部分微空隙,使材料粒子间接触更紧密所致。温度达到900℃左右强度最高。但到900℃以上,由于开始出现少量液相,强度下降,在1200~1300℃间液相量显著增大,强度显著降低。
⑤A型水泥耐火浇注料的使用温度取决于所结合的材料的性质。以粘土熟料做骨料和粉料的,使用温度为1300~1350℃。以二、三级高铝熟料做骨料和粉料的,使用温度为1350~1400℃。以级高铝做骨料和粉料的,使用温度为1400~1500C。为了提高使用温度,每种材质的浇注料中的粉料还可以用氧化铝含量更高级的材料取代,如粘土质浇注料中的粉料可用刚玉粉取代。
B型水泥耐火浇注料:将各级高铝熟料破粉碎成骨料和粉料(按一定比例配合),加B型水泥(Al2O3含量为60%左右)作结合剂。B型水泥凝结硬化速度略慢于A型水泥,水化过程中放出水化热也不如A型水泥集中,一般在7d内逐渐放完。它是依靠CA先水化,CA水化时放出水化热促进CA2水化。因此,要加快B型水泥的凝结硬化速度,也可采用蒸汽养护。蒸汽养护可直接生成C3AH6,这样养护后的烘干强度虽然低于常温下养护后的烘干强度,但不存在由CAH10和C2AH8转化为C3AH6时而造成强度下降的问题。另一方面,CA2水化时有一定量的铝胶(Al2O3aq)生成,形成水化物晶体一凝胶体混合胶结物,可减轻水化物晶体转化时引起的结构破坏。B型水泥浇注料强度发展速度比A型水泥慢,养护7d后才接近极限强度,约50MPa。加热后中温强度下降幅度也比A型小。
B型水泥浇注料配比与A型相似,通常以高铝矾土作为骨料和粉料,水泥加入量12~15%。由于B型水泥中氧化钙含量比A型低,高温下生成的C2AS或CAS2低熔物相要少,耐火度也要高些,故同材质比较,B型使用温度比A型高。
C型水泥耐火浇注料:把各级高铝熟料、铝铬渣、电熔或烧结刚玉的骨料和粉料按一定比例配制,加C型水泥(Al2O3含量约70%)作结合剂。C型水泥(CaO含量21~25%)因几乎不含CA,故该种浇注料在常温养护下,强度发展很慢,养护早期强度低,到后期(28d)才能达到极限强度。常温养护1d强度仅为极限强度的15~17%,3d为35~40%,7d为50~16%,21d为85~90%,到28d时,耐压强度可达到50~70MPa。因此,通常为加速硬化速度,采用70~100℃水蒸气养护,以促进CA2水化,加速强度发展速度,蒸汽养护16~24h,即可达到最高强度,但要比常温下养护的极限强度低一些。这是因为蒸汽养护生成的水化物为C3AH6和铝胶而不是CAH8和C2AH8。
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