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铝酸钙水泥在耐火浇注料成分中的水化作用

添加时间:2020年11月26日  浏览次数:

尽管高性能耐火浇注料的水泥使用量在稳步下降,但高氧化铝水泥尤其是CAC(铝酸钙水泥)仍然是浇注料最重要的水硬性粘结料,主要是因为它们在使用后的6~24h 内提供了高强度。 如果得到合理养护,高铝质浇注料仅24h 就可以达到其极限强度的70%~80%,而普通硅酸盐水泥则需要更多天。

比如在商用铝酸钙水泥中典型的含钙相— CaO·Al2O3 ( CA)、CaO·2Al2O3(CA2)和12CaO· 7Al2O3(C12A7)会使浇注料在潮湿环境中养护后形成水化水泥相。CA含量高(50%~70%) 是铝酸钙水泥(CAC)中最重要的组分,在水化阶段中它负责形成最高的机械强度。CA2是铝酸钙水泥中的次要相它的耐火度高于CA,但需要较长时间进行水化。C12A7(2%或更少)可以快速水化,少量的加入就能够控制铝酸钙水泥的硬化速率。

当水泥与水混合后,无水相即迅速分解形成具有Ca2+和Al(OH)4-离子的饱和溶液。水合化合物形成晶核,随后晶体生长,为硬化和提供预烧力形成一个相互交织的网络。因此,水化过程是通过初步的溶解和随后来自饱和溶液水化物的沉淀来完成。由于成核屏障诱导期或孕育期在沉淀反应前将会被检测到。

铝酸钙水泥

铝酸钙水泥与水反应开始时形成了水化钙铝表面层和无定形氢氧化铝。在诱导期,水化速率低,水化表面层的厚度增长缓慢。当达到临界层厚度时,水分子入侵引起的压力破坏表面层, 诱导后期结晶核形成且在溶解结晶机制作用下长大。离子水合物的溶解速率和沉积速率主要取决于产物在沉积过程中的组成和晶体结构。后者特别受到含水量、反应时间、温度和溶液中无水相分离过程中Ca2+与 Al(OH)4-离子之间浓度比率的影响。一般说来,CAH10、C2AH8、C3AH6和AH3(Al2O3·3H2O)称之为主要的铝酸钙水合物。

水合物CAH10(CaO·Al2O3·10H2O)形成于沉积开始初期,当硬化过程发生在低温下(5~8℃)或在水量充足的条件下,它都是主要产物水化物C2AH8(2CaO·Al2O3·8H2O)在22~35℃形成。C3AH6(3CaO·Al2O3·6H2O)是主要的水化物,在高于35℃或者水量低的条件下形成。水化物AH3(Al2O3·3H2O) 在任何温度范围和水量下都可以形成。

亚稳化合物CAH10和C2AH8转变为更稳定的化合物,C3AH6和AH3随着时间或温度的变化机械强度发生改变。随着温度的升高脱水过程一直持续到所有的水化相的结晶水消耗尽。因此,当水合键被分解时,浇注料中温下的特征强度降低(550~950℃的范围),但是持续缓慢的烧结过程还不能够形成陶瓷键。在此精确的温度范围内,强度的降低还不明确,但它取决于各种因素,如水合物的类型和比例、固化温度和升温速率。

实际情况下化合物的完全脱水必须在高温(>600℃)下完成,因为在加热过程中特别在封闭的气孔内的水蒸汽压力增高,因此更加拖延了脱水过程。虽然分解水合物与浇注料基体可在 900℃下开始反应,但是铝酸钙晶粒本身以及和附近基体化合物发生的重要反应,仅在温度接近1 100℃时开始进行。因此,耐火浇注料的水泥相在高温 形成过程中起到了重要的作用。另外,所有水化反应/脱水反应/烧结反应都发生在耐火材料中,其中铝酸钙水泥是主要粘结剂,所有反应都受到外加剂的影响,因为外加剂不但影响着细小颗粒的分散,还影响着水泥的水化过程。

关键词:铝酸钙水泥   耐火浇注料   浇注料   
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