低水泥澆注料的硬化

澆注料在常溫和高溫時要有一定的強度來滿足施工性能和使用性能，因此對其硬化機理的研究非常重要。河南耐火材料廠對此作了大量的研究，認為低水泥澆注料的硬化機理有兩種，即水化結(jié)合和凝聚結(jié)合。

由鋁酸鈣水泥水化產(chǎn)生結(jié)合的原因在于：鋁酸鈣水泥水化可以生成六方片狀或者針狀的十水鋁酸一鈣、八水鋁酸二鈣和立方狀的水化鋁酸鈣六水鋁酸三鈣晶體，以及鋁膠凝聚體，最后形成凝聚一結(jié)晶網(wǎng)而產(chǎn)生堅固的結(jié)合。

由凝聚產(chǎn)生的結(jié)合在于：靠加入能緩慢解離出與粒子表面的電荷相反的離子的電解質(zhì)，使凝聚體表面吸附帶相反電荷的離子(簡稱“反粒子”)而使電位下降，當吸附達到“等電點”時，隨即發(fā)生凝聚，借助于范德華力結(jié)合在一起。

對加入二氧化硅微粒的澆注料來說，其發(fā)生凝結(jié)硬化的過程如下：當二氧化硅超細粉與水混合后，由于二氧化硅超細粉活性很高，會與水作用形成膠粒，此膠粒表面由硅醇基(Si—OH)解離成SiO+、H+而帶負電。對低水泥和超低水泥來說，此膠粒會吸附鋁酸鈣水解過程中緩慢析出的Al3+和Ca2+，使膠粒表面的℃電位下降，當吸附達到“等電點”時，即發(fā)生凝聚。對于超低水泥和無水泥澆注料來說，其凝結(jié)作用是靠水分緩慢蒸發(fā)過程中加入作為分散劑的電解質(zhì)解離出的某種正離子濃度的提高，導致膠粒吸附更多的反粒子，從而使擴散層壓縮，直至℃電位為零時，再在范德華力作用下而產(chǎn)生的。同時反粒子的電價數(shù)也低，因此，凝結(jié)速度要慢得多，當然也可以加入一些遲效促凝劑(能夠緩慢解離出反粒子的電解質(zhì))來促進凝結(jié)和硬化。

凝結(jié)過程中，在硅氧烷網(wǎng)中必然會吸附Al3+、Ca2+和Na+等離子，在隨后的養(yǎng)護或烘烤過程中，必然會生成一些水化硫鋁酸鈣(C2ASH8)物相。另一方面，加有二氧化硅超細粉澆注料凝結(jié)后，二氧化硅表面形成的硅醇基(Si—OH)在脫水架橋形成硅氧烷網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而發(fā)生硬化作用。硬化后形成的硅氧烷網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，硅與氧之間的鍵并不隨溫度升高而拆散，其結(jié)構(gòu)強度隨著熱處理的溫度升高而升高。同時達到高溫時，二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還會與其包裹的(如氧化鋁)顆粒逐漸發(fā)生反應(yīng)生成莫來石。因此，低水泥、超低水泥以及無水泥澆注料。

不但烘干后的力學強度比普通澆注料高，而且經(jīng)受中溫和高溫熱處理后力學強度也要高得多。不存在普通澆注料那樣的中溫力學強度下降的現(xiàn)象。

低水泥澆注料的強度

在上述的二氧化硅微粉硬化機理中，闡述了其低溫強度產(chǎn)生的原因，在此不再詳述。其中溫強度比較高，是由于它能把微粉之問形成的網(wǎng)狀鏈一直保持到1200℃左右的緣故。根據(jù)加入澆注料后接觸的粉體不同，它的結(jié)合機理又可分為兩類。第一類是氧化鋁的粉體，在低溫下，這些粉體吸附在由硅灰形成的網(wǎng)狀鏈上，具有較強的低溫強度；而到700℃，則與硅灰反應(yīng)形成非化學計量化合物，直到最終達到1200℃左右，形成較大的莫來石晶體。由于莫來石的針狀交錯晶體和原網(wǎng)絡(luò)鏈的雙重作用，使它具有較高的中溫強度；第二類是硅灰加入后，接觸到的既無水化反應(yīng)，又不與二氧化硅起其他化學反應(yīng)的粉體，如碳化硅(SiC)、鋯英石(ZrSiO4)等粉體。從低溫開始直到1200℃以上，這類粉體都附著在硅灰表面水化形成的硅膠脫水聚合后的網(wǎng)狀鏈上，這種網(wǎng)狀鏈在中溫范圍內(nèi)不變的形態(tài)則保證了這類澆注料或制品具有相當高的中溫冷卻強度。

高溫處理后的強度主要來自高溫燒結(jié)，生成高強度結(jié)構(gòu)。微粉由于表面缺陷多，表面質(zhì)點的活化和無序化，具有能態(tài)高、活性大的特點，從而可以促進燒結(jié)過程。通過剛玉澆注料得出如下結(jié)果：一是微粉填補空隙減少了氣孔，因而加入量不能太大，否則會因為堆積密度小和不能緊密堆積而導致不夠致密；二是微粉分布在顆粒邊緣，因其表面活性和質(zhì)點的可動性，能在較低的溫度下與顆粒結(jié)合得較好，封閉部分貫通氣孔，從而使制品致密化，強度增加，促進燒結(jié)，這個結(jié)果只有在微粉粒度小于5mm的時候才表現(xiàn)得比較明顯。但是不能促進燒結(jié)，這是由于活性氧化鋁表面水化物的形成和在燒結(jié)時水化物分解時的氣體逸出破壞了制品的致密結(jié)構(gòu)的緣故。

對于低水泥澆注料來說，由于它的氣孔率較低，透氣性差，在烘烤時容易發(fā)生爆裂，因此，澆注料容易發(fā)生爆裂的原因，多數(shù)資料認為是微粉的加人，堵塞了氣孔而使排氣通道不暢。但是，國外學者通過對硅微粉的研究認為，加入硅微粉后，它與鋁酸鈣水泥發(fā)生反應(yīng)，形成了類似沸石的鈣鋁硅化合物，這種水化物在300℃以后才脫水，而且時間極短，會因為快速放出大量蒸汽而導致爆裂。