利用復合外加劑配制超輕高強耐火混凝土的研究

[摘　要] 本文通過添加復合外加劑的方法，配制出超輕高強耐火混凝土，填補了目前國內超輕耐火混凝土高溫力學強度偏低的空白。

[關鍵詞] 　復合外加劑； 　體積密度； 　力學強度

[中圖分類號] TU5281042 [文獻標識碼] 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度一直限制著混凝土力學強度的發展，而結合劑量的增加又相應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強度來提高其高溫力學強度成為國內外學者關心的課題。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合配制出超輕高強耐火混凝土。

2 　研制過程

2.1 　原材料

本試驗以膨脹珍珠巖、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，經過發酵、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 　試驗方法

由于膨脹珍珠巖本身高溫力學強度特別低，為了提高膨脹珍珠巖耐火混凝土的高溫力學強度，必須首先提高耐火混凝土基質強度，它對耐火混凝土高溫力學強度起著決定性的影響，為此筆者采用了正交試驗對有關原材料、外加劑及結合技術的選用進行多次優選處理，并著重從高溫力學強度和體積密度兩方面進行評定，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合摻加用正交試驗作進一步研究。

本試驗選用L9 (34) 表設計了9組正交試驗以對膨脹珍珠巖、漂珠、硅粉的摻量和外加劑品種作進一步確定，表2列出了試驗所采用的因素水平表。

　  試驗根據YB/T5202-1993制備耐火混凝土試樣，試樣尺寸為160mm×40mm×40mm，根據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、燒后抗折強度、抗壓強度和線變化率。

正交試驗及其試驗結果列于表3。

3 　試驗結果及討論

3.1 　極差分析

根據表3正交試驗及其試驗結果，將各因素的性能指標進行計算整理并進行極差分析列于表4。從極差分析結果來看，影響815℃體積密度的各因素主次順序為B→A→D→C，影響815 ℃抗折強度的各因素主次順序為B →A →C →D ，影響815℃抗壓強度的各因素主次順序為B →A →C →D ，即外加劑品種和硅粉摻量是影響各性能指標的主要因素。

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℃抗折強度和815℃抗壓強度減小，因M外加劑因為脫糖不完全，對混凝土起緩凝作用，同時因其屬引氣型減水劑，在未摻入本減水劑時，混凝土內部含氣量為2.%～2.5% ，當摻入M外加劑增多時，混凝土內部含氣量達3.6% ，高溫力學強度下降；當摻入P外加劑后，產生了聚合作用有利于提高混凝土基質，降低氣孔率，提高混凝土高溫力學強度。根據極差分析結果，確定外加劑品種最佳選用M+P復合。

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℃抗折強度和815℃抗壓強度都有一個峰值，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鍵結合的硅氧烷網狀結構，從而發生硬化，如下所示:

　　硬化后形成的硅氧烷網狀結構中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，其結構強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燒后強度，使耐火混凝土經熱處理后力學強度提高。當硅粉加入較少時，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，高溫力學強度較低；當硅粉加入過多時，由于比表面積大，反應燒結后比表面積減小，高溫燒后不均勻收縮導致產生了較多的裂紋，必然導致高溫力學強度下降。根據極差分析結果，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的次要因素，從極差分析結果來看，膨脹珍珠巖的最佳摻量為28% ，漂珠的最佳摻量為32%。

4 　結論

　　1. 在超輕高強耐火混凝土中，采用復合外加劑，應用低水泥超細粉結合技術可大大提高耐火混凝土高溫力學強度。

　　2. 在超輕高強耐火混凝土中，硅粉最佳摻量不同于重質低水泥耐火混凝土，可根據所需的體積密度進行調整。

3. 根據中華人民共和國行業標準《隔熱耐磨混凝土襯里技術規范》(SH3531-1999)，新研制的超輕高強耐火混凝土的強度性能已達到規范要求的隔熱襯里D1、D2 級，其體積密度降低28% ，是工業窯爐實現薄壁輕型的良好材料。