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影響澆注料流變性的因素很多,如顆粒的極限尺寸、形狀、分布、吸水率:結(jié)合劑、分散劑的性質(zhì)與加入量、加水量以及混合攪拌工藝等,但其中最主要的影響是結(jié)合體系、粒度分布和分散劑的性質(zhì)與加入量。
1、粒度分布及顆粒形狀
在澆注料中,粗顆粒隨著漿體一起流動(dòng)的流動(dòng)性較差,而細(xì)粉及細(xì)小顆粒的流動(dòng)性較好。即較粗的顆粒在澆注料料中起到的作用是一種阻礙作用,特別是顆粒較粗的阻礙作用更大。
不定形耐火材料的粒度級(jí)配方面最具權(quán)威性的理論是Andreassen粒度分布理論??捎靡韵鹿奖硎荆?/p>
CPFT=(d/D)q×100%(1)
式中:CPFT—小于某一粒度的累計(jì)百分?jǐn)?shù)(體積);d-最小顆粒尺寸;D-最大顆粒尺寸:q-分布系數(shù)。
粒度分布依據(jù)多元組分系統(tǒng)體積百分比計(jì)算。如果Andreassen分布以對(duì)數(shù)曲線繪制,粒度分布趨于直線,直線斜率用q表示。對(duì)澆注料而言,為了獲得最佳堆積方式,q值應(yīng)為0.2~0.3之間。采用較低的q值,物料中會(huì)有更多的細(xì)粉,這些細(xì)粉作為填充劑和潤(rùn)滑劑,可減少粗顆粒之間的摩擦,從而獲得良好的流動(dòng)性。粒度組成中尤其是基質(zhì)部分對(duì)于提高澆注料的流動(dòng)性起著重要的作用。
在低剪切速率(2轉(zhuǎn)/s)下q=0.21時(shí)澆注料的扭距值為0.2N.m、自流值為114%,q=0.26時(shí)扭距值為0.2N.m、自流值為q=0.21的60%,q=0.31時(shí)扭距值為1.6N.m。隨著q值的增大,澆注料的剪切應(yīng)力增大、流動(dòng)值下降。
在低水泥礬土基自流澆注料中,隨著粒度分布的減小(q值從0.29,0.26到0.23),試樣的剪切應(yīng)力、流動(dòng)阻力和剪切粘度均呈上升趨勢(shì),粒度分布顯著影響澆注料的流變性。
對(duì)剛玉一尖晶石質(zhì)自流澆注料的流動(dòng)特性的研究表明:骨料中粗、中、細(xì)顆粒的比例應(yīng)適當(dāng),粗:中:細(xì)=10:30:20時(shí),流動(dòng)性較好;骨料與粉料的比例對(duì)流動(dòng)性影響很大,當(dāng)骨料:粉料的比例為55:45時(shí),流動(dòng)性較好。
自流料中<1mm部分多則流動(dòng)性好,而粉料太多則需水量大。所以增加1~0mm的顆粒組分對(duì)改善流動(dòng)性是有利的。具有良好流動(dòng)性的粒度構(gòu)成范圍為:>1mm35~50%,1?0mm15~30%,<0.088mm35~50%。
2、水泥加入量
水泥加入量對(duì)澆注料的流動(dòng)性有顯著影響,鋁酸鈣水泥在形成水化產(chǎn)物的過程中需要適量的水,在加水量相同時(shí)水泥加入量多必然減少自由水的數(shù)量而降低澆注料的流動(dòng)性。但水泥加入量過少會(huì)影響澆注料低溫下的強(qiáng)度,因此在保證澆注料強(qiáng)度的前題下應(yīng)適當(dāng)減少水泥用量。在超低水泥澆注料中水泥主要起到遲效促凝劑的作用。對(duì)剛玉·尖晶石-鋁酸鈣懸浮液流變特性的研究表明:隨著鋁酸鈣水泥加入量的提高,懸浮液的屈服應(yīng)力和塑性粘度均出現(xiàn)增大的趨勢(shì)。
3、微粉的種類及加入量
澆注料中的微粉遇水后容易形成具有雙電荷層的膠團(tuán),由于電解質(zhì)和表面活性劑的分散作用,微粒之間不形成團(tuán)聚,加入分散劑后,通過離子交換增大了ξ電位,使膠團(tuán)增大,這樣在同樣用水量的情況下可以提高澆注料的流動(dòng)性,而保持同樣的流動(dòng)性則量減少。因此微粉的使用減少了用水量、可降低澆注料試樣的氣孔率,使?jié)沧⒘汐@得更加均勻致密的組織結(jié)構(gòu)。
SiO2微粉為無定形二氧化硅,具有較大的比表面積和表面能、較小的粒徑,能更有效地填充顆粒空隙,置換出自由水,自由水起到潤(rùn)滑作用。另外,SiO2微粉在相同的條件下在水中形成具有雙電荷層的膠團(tuán),在相同的條件下,與α-Al2O3微粉相比,具有較大的ξ電位(-69mV),α-Al2O3微粉相應(yīng)的ξ電位為所以,SiO2微粉具有更好的減水效果和流動(dòng)性。
4、分散劑種類及其加入量
粉料在加水?dāng)嚢钑r(shí),會(huì)產(chǎn)生一些網(wǎng)架結(jié)構(gòu)從而對(duì)流動(dòng)性不利。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因可能是:(1)由于水泥在水化過程中所帶電荷不同,由異性電荷相互吸引而成:(2)由于帶電粒子在溶液中的運(yùn)動(dòng),互相碰撞、吸附,相互吸引引起:
(3)粒子間的Van derWaals力勢(shì)能和雙電層的斥力勢(shì)能所致。加入分散劑后,分散劑離解出陰離子基團(tuán),與泥漿中的帶電粒子作用,增加了粒子間的靜電斥力勢(shì)能,降低了粒子間的VanderWaals引力勢(shì)能。另一方面,分散劑吸附層的粒子相互接近時(shí),吸附層的重疊會(huì)產(chǎn)生一種新的斥力勢(shì)能,阻止粒子聚集,使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)遭到破壞,從而改善澆注料的流動(dòng)性。
分散劑種類及其加入量不同,對(duì)泥漿懸浮液的流變特性有不同程度的影響。宏觀表現(xiàn)為剪切應(yīng)力和粘度隨分散劑種類及其加入量的改變而變化。最常用的減水劑為表面活性物質(zhì),分為離子性和非離子性減水劑。離子性減水劑在水中電離出陰離子基團(tuán),吸附在微粉膠粒表面;非離子性減水劑在水中不電離出離子基團(tuán),其親水基主要有一定數(shù)置的含氧基團(tuán)(一般為醚基和羥基)構(gòu)成,具有強(qiáng)烈的活性作用,以物理吸附的方式吸附于膠粒表面,特別是在超細(xì)粉表面,改變膠粒表面的電動(dòng)電位,增大膠粒之間的排斥力。由于該斥力的作用,破壞了超細(xì)粉的團(tuán)聚體,以及水泥粒子之間形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使包裹的游離水釋放出來。分散劑的加入量過多會(huì)產(chǎn)生不良影響。過剩的分散劑會(huì)締合成膠束,使溶液粘度上升,同時(shí)電離出陽離子對(duì)雙電層產(chǎn)生壓縮作用,使雙電層變薄,ξ電位下降,粒子間斥力減弱,絮凝結(jié)構(gòu)重新形成,游離水再次被包裹。因此,過多的分散劑不但不能發(fā)揮分散作用,甚至?xí)腚s質(zhì),影響澆注料的理化性能。
對(duì)于不同的體系,適用的分散劑的種類是不相同的,需要通過實(shí)驗(yàn)來對(duì)比研究,從而選擇出合適的分散劑。
澆注料對(duì)加水量特別敏感,加水量不足、流動(dòng)值太小,物料不能正常流動(dòng)填充,氣泡不能排出來;加水量過大,會(huì)引起骨料下沉,從而導(dǎo)致骨料與基質(zhì)分離,并且水分過多會(huì)影響材料的密度和強(qiáng)度,以及耐侵蝕性能和耐磨性能等。