利用复合外加剂配制超轻高强耐火混凝土的研究

[摘　要] 本文通过添加复合外加剂的方法，配制出超轻高强耐火混凝土，填补了目前国内超轻耐火混凝土高温力学强度偏低的空白。

[关键词] 　复合外加剂； 　体积密度； 　力学强度

[中图分类号] TU5281042 [文献标识码] A [文章编号] 1002-3550(2003)09-0043-02

Research on preparing super lightweight and high strength refractory concrete with compound admixtures

Abstract : 　The paper introduces using compound admixtures ，prepare super light weight and high strength refractory concrete ，fill up the blank of low mechanical strength in high temperature of super lightweight refractory concrete in China.

Key words : 　compound admixtures ； 　density ； 　mechanical strength

1 　前言

超轻混凝土中骨料的强度一直限制着混凝土力学强度的发展，而结合剂量的增加又相应增加了超轻混凝土的体积密度，能否在体积密度基本恒定前提下通过提高基质强度来提高其高温力学强度成为国内外学者关心的课题。本文以膨胀珍珠岩、漂珠、硅粉、高铝水泥为主要原材料，通过将两种不同的外加剂复合配制出超轻高强耐火混凝土。

2 　研制过程

2.1 　原材料

本试验以膨胀珍珠岩、漂珠、硅粉、高铝水泥为主要原材料，膨胀珍珠岩的密度为80kg/m³～150kg/m³，粒度要求为粒径小于0.15mm的不大于8% ，各种原材料的理化性能见表1。

2.2 　外加剂

本试验主要采用两种外加剂，分别为木钙(本文简称“M”)和六偏磷酸钠(本文简称“P”) 。木钙是目前最常用的减水剂之一，它以亚硫酸盐纸浆废液为原料，经过发酵、脱糖和烘干而成；六偏磷酸钠[(NaPO3)6]为白色粉末状，极易溶于水，呈碱性，pH值为6～618，P2O5含量为56～65%，水不溶物小于2%。

2.3 　试验方法

由于膨胀珍珠岩本身高温力学强度特别低，为了提高膨胀珍珠岩耐火混凝土的高温力学强度，必须首先提高耐火混凝土基质强度，它对耐火混凝土高温力学强度起着决定性的影响，为此笔者采用了正交试验对有关原材料、外加剂及结合技术的选用进行多次优选处理，并着重从高温力学强度和体积密度两方面进行评定，初步确定了高铝水泥的掺量及膨胀珍珠岩、漂珠、硅粉等原材料的掺量范围，针对M、P外加剂单一掺加和复合掺加用正交试验作进一步研究。

本试验选用L9 (34) 表设计了9组正交试验以对膨胀珍珠岩、漂珠、硅粉的掺量和外加剂品种作进一步确定，表2列出了试验所采用的因素水平表。

　  试验根据YB/T5202-1993制备耐火混凝土试样，试样尺寸为160mm×40mm×40mm，根据YB/T5200-1993、YB/T5201-1993和YB/T5203-1993分别测定试样在110℃体积密度和815℃体积密度、烧后抗折强度、抗压强度和线变化率。

正交试验及其试验结果列于表3。

3 　试验结果及讨论

3.1 　极差分析

根据表3正交试验及其试验结果，将各因素的性能指标进行计算整理并进行极差分析列于表4。从极差分析结果来看，影响815℃体积密度的各因素主次顺序为B→A→D→C，影响815 ℃抗折强度的各因素主次顺序为B →A →C →D ，影响815℃抗压强度的各因素主次顺序为B →A →C →D ，即外加剂品种和硅粉掺量是影响各性能指标的主要因素。

3.2 　外加剂品种

由表4极差分析知，随着外加剂品种M+P、P、M的变化，耐火混凝土815℃体积密度减小，而815℃抗折强度和815℃抗压强度减小，因M外加剂因为脱糖不完全，对混凝土起缓凝作用，同时因其属引气型减水剂，在未掺入本减水剂时，混凝土内部含气量为2.%～2.5% ，当掺入M外加剂增多时，混凝土内部含气量达3.6% ，高温力学强度下降；当掺入P外加剂后，产生了聚合作用有利于提高混凝土基质，降低气孔率，提高混凝土高温力学强度。根据极差分析结果，确定外加剂品种最佳选用M+P复合。

3.3 　硅粉掺量

由表4极差分析知，随着硅粉掺量的增大，耐火混凝土815℃体积密度增大，而815℃抗折强度和815℃抗压强度都有一个峰值，这一方面主要是由于硅粉的填充作用使物料变得致密，以致随着硅粉掺量的提高，耐火混凝土体积密度增大；另一方面由于硅粉与水作用，在SiO₂表面水化后会形成硅烷醇基Si-OH ，在干燥过程中，它会脱水聚合而形成牢固的由Si-O-Si键结合的硅氧烷网状结构，从而发生硬化，如下所示:

　　硬化后形成的硅氧烷网状结构中Si与O之间的键并不随温度升高而断裂，而是一直保持到815℃以上，其结构强度随着热处理温度的提高而提高，从而保证了它们具有较高的中温烧后强度，使耐火混凝土经热处理后力学强度提高。当硅粉加入较少时，耐火混凝土颗粒间彼此排列较松，空隙较大，填充和堆积较差，高温力学强度较低；当硅粉加入过多时，由于比表面积大，反应烧结后比表面积减小，高温烧后不均匀收缩导致产生了较多的裂纹，必然导致高温力学强度下降。根据极差分析结果，确定硅粉最佳掺量为36%。

3.4 　膨胀珍珠岩掺量和漂珠掺量

由表4极差分析知，膨胀珍珠岩掺量和漂珠掺量是影响各性能指标的次要因素，从极差分析结果来看，膨胀珍珠岩的最佳掺量为28% ，漂珠的最佳掺量为32%。

4 　结论

　　1. 在超轻高强耐火混凝土中，采用复合外加剂，应用低水泥超细粉结合技术可大大提高耐火混凝土高温力学强度。

　　2. 在超轻高强耐火混凝土中，硅粉最佳掺量不同于重质低水泥耐火混凝土，可根据所需的体积密度进行调整。

3. 根据中华人民共和国行业标准《隔热耐磨混凝土衬里技术规范》(SH3531-1999)，新研制的超轻高强耐火混凝土的强度性能已达到规范要求的隔热衬里D1、D2 级，其体积密度降低28% ，是工业窑炉实现薄壁轻型的良好材料。