I. Принципы приготовления бетонных изделий с низким содержанием цемента
Подготовкаогнеупорные бетоны с низким содержанием цементаследует принять в качестве основных целей «снижение содержания цемента, оптимизацию микроструктуры и улучшение характеристик при высоких-температурах» и строго следовать следующим четырем принципам, чтобы обеспечить его удобоукладываемость и стабильность в эксплуатации:
1. Принцип оптимизации сортировки частиц
Сортировка частиц является основой для определения объемной плотности, пористости и прочности отливок. Он должен следовать «теории плотнейшей упаковки» и обычно использовать трех-или четырех-уровневую систему оценок:
1) Крупный заполнитель (5-15 мм): составляет 30%-45%, в основном играет роль поддержки каркаса, и сырье с хорошей химической стабильностью и низким коэффициентом термического расширения (например, высокоглиноземистый боксит, корунд) должно быть выбрано, чтобы избежать структурного растрескивания из-за изменения объема при высоких температурах;
2) Средний заполнитель (1-5 мм): составляет 20-30%, заполняет промежутки между крупными заполнителями, улучшает текучесть материала, должен соответствовать составу крупных заполнителей для уменьшения межфазных реакций;
3) Мелкий порошок (0,074-1 мм): составляет 15-25%, дополнительно заполняя зазоры между заполнителями и улучшая плотность. Размер частиц тонкого порошка необходимо контролировать в разумных пределах. Слишком крупный порошок легко приведет к неплотной укладке, а слишком мелкий увеличит потребность в воде;
4) Микропорошок (<0.074mm): accounts for 5%-15%, including mineral micro powder (such as silica fume, alumina micro powder) and cement clinker micro powder. It is the key to achieving "low cement". Through the ball effect of micro powder and the reaction with volcanic ash, the cement dosage is reduced and the strength is improved.
2. Принцип точного контроля дозировки цемента.
Дозировка цемента (в основном алюминатного цемента) в огнеупорных бетонных изделиях с низким содержанием цемента обычно составляет менее или равна 8% (массовая доля). Необходимо найти баланс между «снижением дозировки» и «обеспечением конструкции и ранней прочности»:
(1) Минимальная эффективная дозировка: определите дозировку цемента в соответствии с назначением заливки (например, . 5%-7% для высоко-футеровки печи, 7%-8% для низкотемпературных трубопроводов), избегая чрезмерной дозировки, которая приведет к образованию легкоплавких алюминатов кальция (например, CA6, C12A7) при высоких температурах, что снизит огнеупорность;
(2) Синергия с микропорошком: в результате пуццолановой реакции микропорошка кремнезема и оксида алюминия они соединяются с продуктами гидратации цемента (например, CAH10, C2AH8) с образованием стабильного геля C-A-S-H или столбчатых кристаллов CA6, компенсируя потерю прочности, вызванную уменьшением дозировки цемента.
3. Принцип баланса между потребностью в воде и текучестью.
Потребность в воде напрямую влияет на плотность, пористость и обрабатываемость отливок, и ее необходимо контролировать в минимально разумном диапазоне (обычно 5–8%):
(1) Уменьшите потребность в воде: за счет добавления высокоэффективных водоредуцирующих веществ (таких как поликарбоновые кислоты и нафталиновые кислоты) снижается притяжение между частицами, достигается высокая текучесть при низком содержании воды и предотвращается образование сквозных пор после чрезмерного испарения воды;
(2) Адаптация текучести: отрегулируйте текучесть в соответствии с методом строительства (например, накачкой и вибрацией). Расширение перекачиваемых материалов должно быть больше или равно 250 мм, а расширение вибрируемых материалов должно быть больше или равно 200 мм. В то же время избегайте чрезмерного потока, вызывающего расслоение агрегатов.
4. Принципы контроля стабильности объема
Огнеупорные отливки с низким содержанием цемента склонны к изменению объема при нагревании из-за фазового перехода и разложения продуктов гидратации. Это требует выбора сырья и контроля добавок:
(1) Компенсация расширения сырья: добавьте необходимое количество расширяющего агента (например, кианита и силлиманита, которые при высокой температуре превращаются в муллит и расширяются на 10–15%), чтобы компенсировать усадку, вызванную разложением продуктов гидратации цемента (например, CAH10, разлагающийся на C2AH8 при 100–200 градусах, с объемной усадкой около 10%);
(2) Оптимизация микроструктуры: за счет наполнения микропорошком и направленного роста кристаллов (например, переплетения столбчатых кристаллов CA6) рыхлая структура во время нагрева уменьшается, а объемная стабильность улучшается. Обычно требуется, чтобы скорость линейного изменения после обжига при 1100 градусах контролировалась в пределах ±0,5%.
2. Основные сырьевые материалы, влияющие на производительность бетонных изделий с низким содержанием цемента.
Характеристики бетонных изделий с низким-цементом (огнеупорность, прочность, термостойкость и коррозионная стойкость) определяются химическим составом, минеральной структурой и гранулометрическим составом сырья. Основное сырье можно разделить на пять категорий:
1. Огнеупорный заполнитель: определяет огнеупорную основу и прочность каркаса отлитого изделия.
Огнеупорный заполнитель составляет 60%-75% и является «скелетом» отливки. От его характеристик напрямую зависит огнеупорность и высокотемпературная несущая способность отливаемого изделия:
(1) Агрегат с высоким-глиноземом (Al₂O₃ более или равный 70 %) Состав и характеристики: основные компоненты: корунд и муллит, огнеупорность более или равна 1770 градусам, прочность на сжатие при комнатной температуре не менее 100 МПа, прочность на сжатие при высокой температуре (1400 градусов) не менее 50 МПа; Применимые сценарии: футеровка средне- и высокотемпературных печей (например, зона обжига цементной вращающейся печи, металлургическая нагревательная печь), необходимо избегать чрезмерных примесей (таких как Fe₂O₃, TiO₂), чтобы предотвратить образование фаз с низкой температурой плавления (таких как FeO·Al₂O₃, температура плавления 1250 градусов);
(2) Корундовый заполнитель (Al₂O₃ больше или равно 90%): Состав и характеристики: в основном -корунд, плотная структура, огнеупорность выше или равна 1850 градусам, коррозионная стойкость (например, стойкость к расплавленной стали и шлаковой коррозии) лучше, чем у заполнителя с высоким-глиноземом; Применимые сценарии: Среда со сверх-высокой температурой (например, железный желоб доменной печи и печь для плавки цветных металлов), необходимо контролировать распределение частиц заполнителя по размерам, чтобы избежать чрезмерного крупного заполнителя, вызывающего снижение термостойкости.
2. Огнеупорный микропорошок: основной микропорошок для достижения «низкого содержания цемента» и производительности.
улучшение составляет 5–15%, что является ключом к отличию огнеупорных отливок с низким содержанием цемента от обычных отливок. В основном оно включает в себя:
(1) Alumina micropowder (Al₂O₃≥99%, D50=1-5μm): Mechanism of action: reacts with cement hydration products to form CA6 crystals, improving high-temperature strength; fills the gaps between aggregates and reduces porosity (can reduce apparent porosity from 18% to below 12%); Performance impact: Increasing the amount of micropowder can improve refractoriness, but excessive amount (>15%) увеличит потребность в воде, поэтому его необходимо использовать с водоредуктором;
(2) Микрооксид кремния (SiO₂ больше или равно 90%, D50=0.1-0.5мкм): Механизм действия: он обладает высокой пуццолановой активностью и реагирует с Ca(OH)₂, образующимся при гидратации цемента, с образованием геля C-S-H, что повышает раннюю прочность. Его сферические частицы могут уменьшить внутреннее трение в материале и улучшить текучесть. Меры предосторожности: Необходимо контролировать количество используемого кремнезема (обычно 3%-8%). Чрезмерное использование приведет к образованию в отливке большого количества стекла с низкой-точкой плавления- (например, стекло CaO-SiO₂-Al₂O₃, температура плавления<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Связующее: ключ к обеспечению работоспособности и развитию силы.
Связующим для бетонных изделий с низким-цементом в основном является алюминатный цемент с добавлением химического связующего из мелкодисперсного порошка. Его производительность влияет на время схватывания и прочность отливки:
(1) Алюминатный цемент (СА-50, СА-70): Состав и характеристики: СА-50 содержит 50–60% СА (алюмината монокальция), имеет умеренное время схватывания (начальное схватывание более или равно 45 минутам, окончательное схватывание менее или равно 10 часам) и высокую раннюю прочность (прочность на сжатие в течение 1 дня больше или равна 20 МПа); CA-70 содержит более или равное 70% CA, имеет более высокую раннюю прочность, но схватывается быстрее, и его необходимо использовать с замедлителем схватывания; Влияние на производительность: Содержание CaO в цементе напрямую влияет на огнеупорность. На каждый 1% увеличения СаО огнеупорность снижается примерно на 15-20 градусов. Поэтому следует выбирать цемент с низким содержанием CaO (CA-70 CaO менее или равно 22%);
(2) Замедлители/ускорители схватывания. Замедлители схватывания (например, лимонная кислота и винная кислота, добавленные в концентрации 0,05 %-0,2%) продлевают время схватывания и подходят для транспортировки на большие-расстояния или для разлива больших-объемов. Ускорители схватывания (такие как Li₂CO₃ и CaCl₂, добавленные в концентрации 0,01–0,05%) сокращают время схватывания и подходят для строительства в условиях низких температур (например, при зимнем строительстве). Однако следует избегать чрезмерного использования, так как это может снизить прочность.
4. Понизитель воды: основная добавка для балансировки потребности в воде и текучести.
Понизитель воды является ключом к достижению «низкого содержания воды и высокой текучести» в огнеупорных отливках с низким содержанием цемента. Сумма добавки обычно составляет 0,1%-0,5%:
(1) Понизитель воды на основе поликарбоновой кислоты: Преимущества: Высокая степень снижения содержания воды (до 30–40%), хорошая устойчивость к осадке (потеря расширения в течение 1 часа менее или равна 20 мм), хорошая совместимость с алюминатным цементом, не вызывает чрезмерного замедления; Влияние на производительность: он может снизить потребность в воде на 2-3 процентных пункта, увеличить прочность на сжатие отливки после обжига при 1100 градусах на 15%-20% и уменьшить кажущуюся пористость на 3-5 процентных пункта;
(2) Naphthalene water reducer: Features: Medium water reduction rate (20%-25%), low price, suitable for scenes with low fluidity requirements; Note: The dosage needs to be controlled. Excessive dosage (>0,5%) приведет к расслоению или потере прочности отливки.
5. Функциональные добавки: регулирование стабильности объема и особые свойства.
(1) Расширяющий агент (кианит, силлиманит): Функция: при высокой температуре (1100-1400 градусов) он превращается в муллит, расширяется на 10–15%, компенсирует усадку отливки и предотвращает растрескивание; дозировка: обычно 3-5%, чрезмерная дозировка приведет к чрезмерному увеличению объема и вызовет внутреннее напряжение;
(2) Противовзрывной агент-(металлический алюминиевый порошок, количество добавки 0,1%-0,3%): - Функция: в процессе нагрева (200-600 градусов) он медленно окисляется с образованием Al₂O₃, выделяет небольшое количество газа, высвобождает свободную воду внутри огнеупорных отливок с низким содержанием цемента и предотвращает разрушение конструкции из-за быстрого испарения воды при высоких температурах. температура;
(3) Стабилизатор термического удара (карбид кремния, нитрид кремния, добавленное количество 5%-10%): Функция: Используйте характеристики низкого расширения карбида кремния (коэффициент термического расширения 4,5×10⁻⁶/градус) и нитрида кремния (коэффициент термического расширения 3,2×10⁻⁶/градус) для уменьшения теплового напряжения отливаемого изделия и улучшения устойчивости к термическому удару (обычно количество тепловые удары с водяным охлаждением могут быть увеличены с 10 раз до более чем 20 раз).
