轻质隔热浇注料的生产方法通常为烧烬物加入法和气体法。而烧烬物加入法是在原料中加入适量的烧烬添加物,如粉碎的煤粉、焦炭、稻壳、锯木屑等。这些物料在耐火材料中使用时被烧掉而形成气孔。西安建筑科技大学的研究人员采用聚苯乙烯小球和炭黑复合作为燃烬添加物,研究其加入量对轻质刚玉-钙长石-莫来石系浇注料体积密度、线收缩率和强度的影响,为轻质浇注料提供可行的造孔方法,为其实际应用提供新的试验依据。
试验选用了粒度为8~5、5~3、3~1、1~0 mm的三级莫来石轻质骨料(w(Al2O3)=51.70%、w(SiO2)=24.88%),基质料采用<1 mm白刚玉粉(w(Al2O3)=99.2%),以α-Al2O3超微粉(w(Al2O3)=99.01%)、广西白泥(w(Al2O3)=32.72%、w(SiO2)=49.99%)、CA-70铝酸盐水泥(w(Al2O3)=68.62%、w(CaO)=29.5%)为结合剂,三聚磷酸钠为分散剂,蓝晶石为膨胀剂(w(Al2O3)=55.6%、w(SiO2)=38.3%),聚苯乙烯小球(粒径为1~2 mm)和炭黑(粒径≤0.045 mm)为造孔剂。
轻质浇注料试样的具体配比见表1,按骨料:细粉=50:50进行配料,外加聚苯乙烯球和炭黑作为复合造孔剂,并加入0.2%的三聚磷酸钠和适量的水。
表1 轻质浇注料各试样的配比(w)/%
试样 |
C0 |
C1 |
C2 |
C3 |
C4 |
C5 |
C6 |
轻质莫来石 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
白刚玉粉 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
α-Al2O3超微粉 |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
广西白泥 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
CA-70铝酸盐水泥 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
蓝晶石 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
聚苯乙烯小球 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
0.5 |
0.3 |
炭黑 |
- |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
9 |
三聚磷酸钠 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
按照表1称量物料,将配置好的浇注料混合加水至反浆后,搅拌均匀,振动浇注成160 mm×40 mm×40 mm的试样,自然养护24 h脱模,在110 ℃下干燥24 h,然后在1 450 ℃热处理3 h。按照相关标准检测烧后试样的体积密度、线变化率、常温抗折强度和耐压强度。通过XRD进行物相分析,并利用Rietveld Quantification软件计算各矿物相的含量。
结果表明:(1)加入聚苯乙烯球和炭黑作为复合造孔剂,聚苯乙烯小球加入量为0.3%~0.7%,炭黑加入量在2%~9%之间,可以明显降低浇注料的体积密度,大大增加其常温强度,复合造孔剂合理配位,可以达到轻质高强的目的。当复合造孔剂中聚苯乙烯球掺量为0.5%,炭黑加入量为7%时,轻质浇注料性能最佳,此时试样的体积密度为1.17 g·cm-3,线收缩率为0.85%,常温耐压强度达到了10.3 MPa;(2)该轻质浇注料的矿物相组成为:刚玉、钙长石、莫来石及少量玻璃相。刚玉和莫来石具有优异的耐高温性能,钙长石的室温热导率低。该轻质高强隔热材料使用温度在1 450 ℃左右,可用在直接接触火焰的加热炉内衬。