CAC结合浇注料的中低温强度与水化物相演变的关系

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铝酸钙水泥(CAC)由于流动性好、早期强度高等优势而被广泛作为浇注耐火材料的结合剂,CAC结合浇注料在热处理过程中,随着温度的升高,残余熟料会进一步水化,水化产物也会逐渐发生转变和脱水分解,同时其宏观性能也随之变化。特别是在中低温阶段(110-1200℃),水化产物分解,浇注料的水合结合被破坏,使浇注料气孔率升高,结构疏松,产生明显的强度下降。关于CAC结合浇注料的高温热机械性能和使用性能的研究报道较多,然而很少有人研究浇注料中低温强度变化的原因。课题组前期探索结果表明,CAC结合浇注料的中温强度降低的温度与水化产物的热分解温度并不一致,但目前还没有阐明和证实CAC结合浇注料中温强度与水化产物在中低温阶段的物相和结构形貌之间的关系的研究报道;而且水泥含量和养护温度影响水化产物的数量,较多的水化产物是否有利于提高浇注料中低温强度,目前还没有看到明确的研究报道。本工作旨在建立CAC结合浇注料在中低温阶段性能与水化物相和显微结构演变的本质联系,在此基础上通过养护温度和水泥含量来调控水化产物的数量来研究其对浇注料中低温强度的影响,进一步阐述了浇注料的中低温强度与水化物相演变的关系。以此提出CAC结合浇注料中温力学性能的增强途径,为解决CAC结合浇注料在中低温阶段的结构剥落问题提供一定参考。本论文的主要工作和成果如下:弄清了CAC结合浇注料在中低温热处理(110-1200℃)下的强度变化与水化产物物相和结构形貌的本质关系:浇注料经300℃热处理后,水化产物C3AH6脱水分解成C12A7,AH3凝胶脱水分解成Al O(OH),使浇注料的显气孔率升高,由于300℃分解后的C12A7的结构形貌保留了水化产物C3AH6石榴粒状结构和形貌,所以300℃热处理后浇注料的强度略微减小。与110℃烘干后的强度相比,浇注料经过300℃热处理后的抗折强度从20.4 MPa减小到16.5 MPa,耐压强度从135.1 MPa减小到120.9 MPa。随着温度升高至600-800℃,Al O(OH)脱水分解成无定形Al2O3,C12A7结构发生破坏,使基质结构变得疏松,因此浇注料经600℃-800℃煅烧后的强度明显降低。与110℃烘干后的强度相比,浇注料经过800℃煅烧后抗折强度从20.4 MPa减小到8.7 MPa,耐压强度从135.1MPa减小到61.6 MPa。浇注料经900-1000℃煅烧后,C12A7和AH3分解的产物(无定形Al2O3)之间出现烧结以及无定形Al2O3之间出现团聚,使结构变得致密,浇注料的强度增加;在1000-1200℃时,CA+A→CA2反应生成CA2加深了基质的烧结和无定形Al2O3之间的团聚,进一步提高了浇注料的强度。研究了养护温度对CAC结合浇注料中低温范围内宏观性能和水化产物组成与结构的影响规律,随养护温度的(10-80℃)升高,CAC水化加快,使水化产物的数量增加,分布更加均匀,因此浇注料的脱模强度增加。经300℃热处理后,养护温度的升高有利于分解后的C12A7的均匀分布,因而养护温度的升高有利于浇注料300℃热处理后强度的增加。经过800℃和1000℃煅烧后,养护温度的升高有利于C12A7和无定形Al2O3之间的烧结,从而使浇注料800℃和1000℃煅烧后的强度增加。探明了CAC结合剂掺量(2%、5%、8%、12%和16%)对浇注料在中低温范围内宏观性能和水化产物组成与结构的影响:如前所述,浇注料经过300℃热处理后,虽然水化产物C3AH6脱水分解了,但是300℃分解后的C12A7的结构形貌保留了水化产物C3AH6石榴粒状结构和形貌,水泥含量越高,C12A7数量越高,所以水泥含量的增加有利于浇注料300℃热处理后强度的增加。经过800℃煅烧后,随CAC含量(2-16%)增加,试样水化产物增多,分解产生较多的C12A7和无定形Al2O3,促进了800℃热处理后浇注料试样中C12A7和无定形Al2O3之间的烧结,有利于该处理温度下浇注料强度的增加。经过1000℃煅烧后,高水泥含量试样由于更多的水化产物分解产生较多的C12A7和无定形Al2O3,加深了基质的烧结及AH3分解的产物(无定形Al2O3)之间的团聚,提高了浇注料1000℃煅烧后的强度。本工作的主要贡献包括两个方面。首先阐明了CAC结合浇注料中低温阶段强度变化与CAC水化产物物相和结构形貌演变的关系。第二,从CAC水化产物物相和结构形貌演变的角度,探明了CAC含量(2-16%)升高有利CAC结合浇注料中温强度的原因。
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