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直接影响耐火浇注料流变性的四个因素分析

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直接影响耐火浇注料流变性的四个因素分析

发布日期:2019-06-21 作者:威光节能 点击:

  影响浇注料流变性的因素很多,如颗粒的极限尺寸、形状、分布、吸水率:结合剂、分散剂的性质与加入量、加水量以及混合搅拌工艺等,但其中最主要的影响是结合体系、粒度分布和分散剂的性质与加入量。

浇注料.jpg

1、粒度分布及颗粒形状

  在浇注料中,粗颗粒随着浆体一起流动的流动性较差,而细粉及细小颗粒的流动性较好。即较粗的颗粒在浇注料料中起到的作用是一种阻碍作用,特别是颗粒较粗的阻碍作用更大。

   不定形耐火材料的粒度级配方面最具权威性的理论是Andreassen粒度分布理论。可用以下公式表示:

   CPFT=(d/D)q×100%(1)

  式中:CPFT—小于某一粒度的累计百分数(体积);d-最小颗粒尺寸;D-最大颗粒尺寸:q-分布系数。

  粒度分布依据多元组分系统体积百分比计算。如果Andreassen分布以对数曲线绘制,粒度分布趋于直线,直线斜率用q表示。对浇注料而言,为了获得最佳堆积方式,q值应为0.2~0.3之间。采用较低的q值,物料中会有更多的细粉,这些细粉作为填充剂和润滑剂,可减少粗颗粒之间的摩擦,从而获得良好的流动性。粒度组成中尤其是基质部分对于提高浇注料的流动性起着重要的作用。

在低剪切速率(2转/s)下q=0.21时浇注料的扭距值为0.2N.m、自流值为114%,q=0.26时扭距值为0.2N.m、自流值为q=0.21的60%,q=0.31时扭距值为1.6N.m。随着q值的增大,浇注料的剪切应力增大、流动值下降。

在低水泥矾土基自流浇注料中,随着粒度分布的减小(q值从0.29,0.26到0.23),试样的剪切应力、流动阻力和剪切粘度均呈上升趋势,粒度分布显著影响浇注料的流变性。

对刚玉一尖晶石质自流浇注料的流动特性的研究表明:骨料中粗、中、细颗粒的比例应适当,粗:中:细=10:30:20时,流动性较好;骨料与粉料的比例对流动性影响很大,当骨料:粉料的比例为55:45时,流动性较好。

自流料中<1mm部分多则流动性好,而粉料太多则需水量大。所以增加1~0mm的颗粒组分对改善流动性是有利的。具有良好流动性的粒度构成范围为:>1mm35~50%,1〜0mm15~30%,<0.088mm35~50%。

2、水泥加入量

水泥加入量对浇注料的流动性有显著影响,铝酸钙水泥在形成水化产物的过程中需要适量的水,在加水量相同时水泥加入量多必然减少自由水的数量而降低浇注料的流动性。但水泥加入量过少会影响浇注料低温下的强度,因此在保证浇注料强度的前题下应适当减少水泥用量。在超低水泥浇注料中水泥主要起到迟效促凝剂的作用。对刚玉·尖晶石-铝酸钙悬浮液流变特性的研究表明:随着铝酸钙水泥加入量的提高,悬浮液的屈服应力和塑性粘度均出现增大的趋势。

3、微粉的种类及加入量

浇注料中的微粉遇水后容易形成具有双电荷层的胶团,由于电解质和表面活性剂的分散作用,微粒之间不形成团聚,加入分散剂后,通过离子交换增大了ξ电位,使胶团增大,这样在同样用水量的情况下可以提高浇注料的流动性,而保持同样的流动性則量减少。因此微粉的使用减少了用水量、可降低浇注料试样的气孔率,使浇注料获得更加均匀致密的组织结构。

SiO2微粉为无定形二氧化硅,具有较大的比表面积和表面能、较小的粒径,能更有效地填充颗粒空隙,置换出自由水,自由水起到润滑作用。另外,SiO2微粉在相同的条件下在水中形成具有双电荷层的胶团,在相同的条件下,与α-Al2O3微粉相比,具有较大的ξ电位(-69mV),α-Al2O3微粉相应的ξ电位为所以,SiO2微粉具有更好的减水效果和流动性。

4、分散剂种类及其加入量

粉料在加水搅拌时,会产生一些网架结构从而对流动性不利。网架结构产生的原因可能是:(1)由于水泥在水化过程中所带电荷不同,由异性电荷相互吸引而成:(2)由于带电粒子在溶液中的运动,互相碰撞、吸附,相互吸引引起:

(3)粒子间的Van derWaals力势能和双电层的斥力势能所致。加入分散剂后,分散剂离解出阴离子基团,与泥浆中的带电粒子作用,增加了粒子间的静电斥力势能,降低了粒子间的VanderWaals引力势能。另一方面,分散剂吸附层的粒子相互接近时,吸附层的重叠会产生一种新的斥力势能,阻止粒子聚集,使网架结构遭到破坏,从而改善浇注料的流动性。

     分散剂种类及其加入量不同,对泥浆悬浮液的流变特性有不同程度的影响。宏观表现为剪切应力和粘度随分散剂种类及其加入量的改变而变化。最常用的减水剂为表面活性物质,分为离子性和非离子性减水剂。离子性减水剂在水中电离出阴离子基团,吸附在微粉胶粒表面;非离子性减水剂在水中不电离出离子基团,其亲水基主要有一定数置的含氧基团(一般为醚基和羟基)构成,具有强烈的活性作用,以物理吸附的方式吸附于胶粒表面,特别是在超细粉表面,改变胶粒表面的电动电位,增大胶粒之间的排斥力。由于该斥力的作用,破坏了超细粉的团聚体,以及水泥粒子之间形成的网络结构,从而使包裹的游离水释放出来。分散剂的加入量过多会产生不良影响。过剩的分散剂会缔合成胶束,使溶液粘度上升,同时电离出阳离子对双电层产生压缩作用,使双电层变薄,ξ电位下降,粒子间斥力减弱,絮凝结构重新形成,游离水再次被包裹。因此,过多的分散剂不但不能发挥分散作用,甚至会带入杂质,影响浇注料的理化性能。

    对于不同的体系,适用的分散剂的种类是不相同的,需要通过实验来对比研究,从而选择出合适的分散剂。

      浇注料对加水量特别敏感,加水量不足、流动值太小,物料不能正常流动填充,气泡不能排出来;加水量过大,会引起骨料下沉,从而导致骨料与基质分离,并且水分过多会影响材料的密度和强度,以及耐侵蚀性能和耐磨性能等。


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