第九章 不定型耐火材料
9．1 不定型耐火材料概述
定义：
不定型耐火材料
是由耐火骨料和粉料、结合剂或另掺外加剂一定比例组成的混合料，能直接使用或加适当的液体调配后使用，是一种不经煅烧的新型耐火材料
，其耐火度不低于1580摄氏度。 分类：
不定型耐火材料种类繁多。 按工艺特性分类：浇注料，可塑料
，捣打料
，喷射料，投射料，火泥，涂抹料。 按原料材质分类：硅
质，粘土质，高铝
质，镁
短期负荷预测质，白云石质，铬
质，含铬质等。 按结合剂品种分类：水玻璃结合，铝酸盐谷歌学术水泥
结合，硅
酸盐结合，焦油沥青
结合，酚醛树脂
结合等。 按施工方法和材料性质，不定形耐火材料可分为浇灌料、可塑料、捣打料、喷补料、投射料和涂料等。
矿物组成：
其化学矿物组成取决于所用的颗粒料，粉状耐火材料，并与结合剂的品种及数量有关。
其制品的密度与组成材料及配比相关，与施工相关。
不定型耐火材料主要优点： 195页 1段
9.2 不定型耐火材料的结合剂和外加剂
9.2.1 有机结合剂
要求： 结合剂具备较好的粘结性能；高温性能；较好的流动性；浸润性；分散度；凝结硬化性质。同时具备硬化时的体积稳定性，硬化后的耐火性及其他高温性能。 把由耐火粗颗粒料和粉料组成的散状耐火材料胶结在一起的物质，又称“胶结剂”。用作耐
火材料的结合剂，不但要求具有较好的冷态和热态结合强度，而且要求具有较好的施工(成型)性能和使用性能。 分类耐火材料，尤其是不定形耐火材料所用的结合剂，随被结合材料的性能及用途不同而不同，品种繁多，一般按结合剂的化学性质和结合剂的硬化条件分类。
股份制商业银行1. 水溶性结合剂
按化学性质分有机和无机结合剂：
无机结合剂：
（1） 硅酸盐类——硅酸钙水泥、水玻璃、结合粘土等。
（2） 铝酸盐类——普通铝酸钙水泥、纯铝酸钙水泥、铝酸钡水泥等。
（3） 磷酸盐类——磷酸、磷酸二氢铝、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、铝铬磷酸盐类。
（4） 硫酸盐类——圭亚那事件硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁等。
（5） 氯化物类——氯化镁、氯化铁、聚合氯化铝等。
（6） 溶胶类——硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶等。
有机结合剂：
（1） 天然有机物——淀粉、糊精、阿拉伯树胶、纸浆废液、焦油、沥青、海澡酸钠等。
（2） 合成有机物——环氧树脂、线性酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、聚苯乙烯三维成像、硅酸乙酯、聚胺脂树脂等。
按结合剂硬化条件分类：
（1） 水硬性结合剂——硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等。
（2） 气硬性结合性——水玻璃加氟硅酸钠、磷酸或磷酸二氢铝加氧化镁、氧化硅微粉加铝酸钙水泥等。
（3） 热硬性结合剂——磷酸、磷酸二氢铝、甲阶酚醛树脂等。
按不同温度下结合作用分暂时性和永久性结合剂：
暂时性结合剂：
（1） 水溶性结合剂——糊精、粉状羧甲基纤维素、粉状及液状木质素磺酸类材料、聚乙烯乙醇粉状晶体等。
（2） 非水溶性结合剂——硬沥青类、石蜡、聚丙烯类等。
永久性结合剂：
（1） 炭素结合剂——焦油沥青，酚醛树脂等。
（2） 铝酸盐水泥。
（3） 硅酸盐结合剂——水玻璃、硅酸乙脂等。
（4） 磷酸及磷酸盐结合剂。
（5） 氯化盐和硫酸盐结合剂。
产生粘着结合的结合剂多数为有机结合剂，其中有的为暂时性结合剂，即在常温下或低温下起结合作用，经中温和高温热处理后会燃烧掉，如糊精、羧甲基纤维素、环氧树脂、纸浆废液等；
水溶性结合剂——糊精、粉状羧甲基纤维素、粉状及液状木质素磺酸类材料、聚乙烯乙醇
粉状晶体等。
这是一类大分子结构的有机物，存在极性基，吸附水分子形成水化膜，这类结合剂一般不与耐火材料产生化学反应，具有保水性，施工方便，所用量占5%，以后的干燥过程中，收缩小，加热易分解，挥发，不产生对高温性能影响的残留物。
2. 非水溶性结合剂
非水溶性结合剂——硬沥青类、石蜡、聚丙烯类等。
这类结合剂主要是热塑性树脂，加热软化，结合剂与耐火材料在热态下混拌，成型，冷却到常温，结合剂硬化。
可以溶剂溶解方式，在常温下混拌，成型，在加热，溶剂挥发，结合剂硬化。
结合剂品种，特点比较： 196 页 倒1段
3. 碳素结合剂
炭素结合剂——焦油沥青，酚醛树脂等。
这类结合剂在一定温度范围内，具有热塑性，常温下混拌，成型，室温下固化，形成强度，高温工作，结合剂分解，结桥；脱氢；缩聚发展至碳素结合，构成高温强度。
其品种及含碳量与性能关系分析： 197 页 2段 图 9—1
9.2.2 无机结合剂
1. 铝酸盐水泥 自学
2. 硅酸盐结合剂 （水玻璃）
水玻璃是一种能溶于水的硅酸盐。它是由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成。最常用的是硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2，还有硅酸钾K2O·nSiO2。通常把水玻璃组成中的二氧化硅和氧化钠（或氧化钾）的克分子摩尔数之比，称为模数M。
N为0.5时，称原硅酸钠；N为1时，称正硅酸钠；N为2时，称二硅酸钠。
水玻璃分为钠水玻璃和钾水玻璃两类，其中钠水玻璃的分子式为Na2O.nSiO2。钾水玻璃的分子式K2O.nSiO2。土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高时采用钾水玻
璃。优质纯净的水玻璃为无透明粘稠液体，溶于水。
钠水玻璃分子式中的n称为水玻璃的模数，代表Na2O和SiO2的分子数比，是非常重要的参数。n值越大，水玻璃的粘性和强度越高，但水中的溶解能力下降。当n大于3.0时，只能溶于热水中，给使用带来麻烦。n值越小，水玻璃的粘性和强度越低，越易溶于水。故土木工程中常用模数n为2.6～2.8，既易溶于水又有较高的强度。
中国生产的水玻璃模数一般在2.4～3.3之间。水玻璃在水溶液中的含量（或称浓度）常用密度或者波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.36～1.50g/cm3，相当于波美度38.4～48.3 。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大。
水玻璃在空气中的凝结固化与石灰非常相似主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。随着碳化反应的进行硅胶含量增加，接着自由水分蒸发和硅胶脱水成固体SiO2而凝结硬化，由于空气中CO2浓度低，故碳化反应及整个凝结固化过程十分缓慢。
水玻璃凝结固化机理：
借助于结合剂与硬化剂(又称促凝剂)，或结合剂与耐火材料集料之间在常温下发生化学反
应，或加热时发生化学反应生成具有结合作用的化合物而产生结合。如硅酸钠(水玻璃)结合剂加氟硅酸钠硬化剂时，发生如下反应：
反应结果生成水溶胶SiO2•nH20、经脱水形成硅氧烷(Si一0一Si)网络状结构，从而产生较强的结合强度。又如磷酸二氢铝加MgO时，在常温下发生如下脱水和交联反应而产生结合强度。
硅氧烷(Si一0一Si)网络状结构见203 页 式9—9
水玻璃加热变化过程：
50℃开始脱水，100℃排除大部分水，300℃硅氧凝胶中水分排尽，这时硅氧凝胶收缩，水玻璃硬化体结构致密，强度提高，400℃时，达最大值。
600—700℃时，见 203 页 3段。
700—900℃时，见 203 页 4段。
余下自学
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9.3 浇注耐火材料
定义：浇注料是一种由耐火物质制成的粒状和粉状材料，并加入一定量结合剂和水分共同组成。它具有较高的流动性，适宜用浇注方法施工，并无需加热即可硬化的不定形耐火材料。由耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂、水或其他液体材料组成。一般在使用现场以浇注、震动或捣固的方法浇筑成型，也可以制成预制件使用。
举例：水玻璃耐火浇注料是用水玻璃作结合剂，与各种耐火骨料和粉料及外加剂按一定比例配制而成的。它具有强度高、中温强度下降少、耐磨性好和耐腐蚀性强等特点，适用于高温下易磨损和有酸、碱腐蚀的钢包和热工设备上，其使用温度为1200~1700℃。
水玻璃耐火材料的品种较多，但其硬化机理基本相同。
武城二中
水玻璃耐火浇注料用的水玻璃模数为2.0~3.0，密度为1.35~1.40g/cm3。模数相同时，密度
越大越粘稠；密度相同时，模数越高越粘稠。促凝剂用氟硅酸钠，其用量为水玻璃质量的8%~12%为宜。
耐火骨料颗粒级配：10~5mm 50%~60%,小于5mm 40%~50%；耐火粉料细度为小于0.09mm的应大于85%。其通用配合比为耐火骨料70%~78%、耐火粉料22%~30%、水玻璃14%~17%和氟硅酸钠占水玻璃质量的10%~15%。
耐火粉料在水玻璃耐火浇注料中，不但与水玻璃一起填充骨料间的空隙，而且它还有分散水玻璃胶体、起瘠化材料的作用。另外，从耐火材料的要求来说，耐火粉料应有助于水玻璃保持或提高共熔温度，尽量不使其降低太多；从耐酸腐蚀的要求来说，粉料应具有较好的耐酸腐蚀能力。
9.3.1浇注用的瘠性耐火材料
1. 基本概念
耐火材料生产中，可降低配合料的可塑性以及减少坯体在干燥和烧成时的收缩，起骨架作用。石英、长石、煅烧过的粘土（熟料）和耐火材料的碎块，都可用作瘠性物料。
没有塑性和黏性的物料。对硅酸盐原料起瘠化作用。用在陶瓷和耐火材料生产中，可降低配合料的可塑性以及减少坯体在干燥和烧成时的收缩。
主要按气孔率、结合剂、骨料品种分类：
按气孔率分 有致密耐火浇注料和气孔率不低于45%的隔热耐火烧注料两种。
按结合剂分 有水硬性结合、化学结合、凝聚结合耐火浇注料。
水硬性结合浇注料在常温下凝结硬化并通过水化作用而硬化，主要品种有硅酸盐水泥、普通铝酸钙水泥、纯铝酸钙水泥、电熔纯铝酸钙水泥浇注料等。
化学结合浇注料在常温下一般通过加入促硬剂形成化学反应而硬化，主要品种有水玻璃、硫酸铝、磷酸盐浇注料等。
凝聚结合浇注料为在煅烧过程中经烧结作用而硬化，主要品种有粘土浇注料等。
按耐火骨料分 有粘土质骨料(Al2O3 30%～45%)、高铝质骨料(Al2O3%26ge;45%)、硅质骨料(SiO2%26ge;85%、Al2O3%26lt;10%)、碱性骨料(有镁砂、白云石等)、特殊骨料(有
碳、碳化物、尖晶石、锆英石、氮化物等)和隔热骨料(有珍珠岩、蛭石、陶粒、漂珠、轻质砖砂、多孔熟料、氧化铝空心球等)。
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