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不同二氧化硅微粉对矾土基低水泥浇注料性能的影响
不同二氧化硅微粉对矾土基低水泥浇注料性能的影响
在浇注料尤其是矾土基浇注料中添加二氧化硅微粉, 已成为低水泥、超低水泥和无水泥浇注料的关键技术。研究表明:加入适量的二氧化硅微粉,能降低浇注料的用水量, 提高浇注料的密度和强度;控制好m (Ca O) /m (Si O2) 比, 可使二氧化硅微粉与矾土中Al2O3在高温下 (≥1 300℃) 形成莫来石相, 显著提高浇注料的高温强度和抗热震性。但由于二氧化硅微粉的来源和生产工艺不同, 其性能存在很大差别, 应用效果也不同。因此, 研究了4种不同二氧化硅微粉对矾土基浇注料流动性、抗热震性和高温*抗折强度的影响。 以循环流化床锅炉用耐磨浇注料作为研究对象。其主要原料特级高铝矾土熟料的粒度分为5~3、3~1、≤1和≤0.088 mm, 其化学组成见表1。
试验用4种二氧化硅微粉由挪威埃肯公司提供, 其化学组成和p H值见表2。4种二氧化硅微粉的w (Si O2) 都大于93%。微粉a的碳含量和杂质含量较高, 灼减较大, 颜色为黑色;微粉d的碳含量和杂质含量较低, 颜色为白色;微粉b、c的碳含量和杂质含量居中, 颜色为灰色。微粉d的p H值为2.7, 而a、b、c因含有较多的Na2O、K2O、Ca O, 其p H值较大, 为7.35~9.74。
4种二氧化硅微粉的粒度分布见图1。可以看出:微粉a的粒度分布为“双峰”结构, 其中0.1~1μm和几十微米的颗粒较多;微粉b、c的粒度主要集中在0.1~1μm之间;微粉d的粒度分布比较均匀, 主要分布在1μm左右。 4种二氧化硅微粉的比表面积和分形维数见表3。可以看出:微粉a、b、c的比表面积较大, 而d的比表面积较小, 这与它们的粒度组成是相符的;4种二氧化硅微粉的分形维数相差不大, 只是微粉a的稍大些, 表明其颗粒表面结构复杂, 可能有更多的凹凸、褶皱和缺陷等。 试样的配料组成见表4。加入二氧化硅微粉a、b、c、d的试样编号分别为A、B、C、D。
按照表4配料, 以Secar71水泥为结合剂, 在搅拌机中干混3 min, 加水后湿混4 min。按照国家标准GB/T 2419—94, 采用跳桌法测定泥料的流动度, 然后在40 mm×40 mm×160 mm的三联模内振动浇注成型, 自然养护24 h后脱模, 然后在恒温干燥箱中于110℃干燥24 h。
按标准ASTM C 583—2000, 取干燥后试样, 分别在1 200、1 300和1 400℃保温12 h烧成, 然后测定其在相应温度下的高温抗折强度。 取干燥后试样, 在箱式电阻炉内于1 100℃保温20 min, 取出放入水中冷却。如此反复3次后, 将试样干燥24 h, 测定试样热震后的抗折强度;同时, 检测试样在1 100℃保温20 min处理后的常温抗折强度, 即热震前抗折强度。以抗折强度保持率表征试样的抗热震性:
浇注料的流动度见表5。可以看出:4种浇注料的流动度按A、B、C、D的顺序逐渐增大。浇注料A的流动性较差, 可能与二氧化硅微粉a的碳含量较高, 颗粒较粗, 且颗粒表面光滑度不够有关, 因为碳的存在使二氧化硅微粉颗粒不易被分散剂润湿, 颗粒较粗使二氧化硅微粉的填隙作用减小,而颗粒表面光滑度不够更加影响浇注料的流动性。二氧化硅微粉d的杂质较少, 粒度集中、均匀、大小合适, 分散性好, 故试样D的流动性最好。
试样的抗热震性见表6。可以看出:试样在1 100℃热处理后的常温抗折强度均较高, 但彼此相差不大;试样D于1 100℃水冷热震3次后的抗折强度保持率较高, 具有较好的抗热震性, 这可能是因为浇注料D的流动性好, 浇注料中形成的莫来石分布均匀, 从而提高了试样的抗折强度保持率;试样A的抗热震性较差, 可能与浇注料A的流动性差有关。
试样的高温抗折强度见图2。可以看出:各试样在1 200、1 300和1 400℃的高温抗折强度均按A、C、B、D的顺序逐渐增大。玻璃相含量低、黏度高以及晶体间结合程度高并形成交错网络结构, 有利于提高材料高温性能。根据表2, 二氧化硅微粉a的K2O、Na2O等杂质含量最大, 而二氧化硅微粉d的杂质含量最小, 同等条件下形成的玻璃相数量, 试样A的最多, 试样D的最少, 因此试样A的高温抗折强度最差, 而试样D的最好。1 200~1 300℃, 各试样的高温抗折强度均有一定程度的提高, 这与莫来石状网络结构更加完整有关;但是, 1300~1 400℃, 各试样的高温抗折强度均大幅下降, 这可能与浇注料中Ca O-Al2O3-Si O2系液相的形成有关。
(1) 加入纯度高, 杂质含量少, 颗粒分布均匀、集中, 表面光滑, 自身流动性好的二氧化硅微粉的浇注料流动性好, 抗热震性好, 高温抗折强度高。
(2) 加入碳含量高, 碱金属含量高, 颗粒粒度偏粗, 表面粗糙, 自身分散性差的二氧化硅微粉的浇注料流动性差, 抗热震性差, 高温抗折强度低。
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