鋁酸鈣水泥(CAC)因具有快速硬化、早期強(qiáng)度高、耐侵蝕和耐磨損性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于耐火澆注料中。鋁酸鈣水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),在不同的溫度下養(yǎng)護(hù)能夠生成不同類(lèi)型的鋁酸鈣水化產(chǎn)物:CaO·AL2O3·10H2O(CAH10)水化鋁酸一鈣、2CaO·AL2O3·8H2O(C2AH8)水化鋁酸二鈣、3CaO · AL2O3 · 6H2O(C3AH6)水化鋁酸三鈣和 AL2O3·3H2O(AH3).
鋁酸鈣水泥結(jié)合澆注料在升溫烘烤過(guò)程中,隨著熱處理溫度升高水化產(chǎn)物會(huì)發(fā)生分解,不同產(chǎn)物的熱分解溫度不同。例如水化產(chǎn)物 C3AH6在210~300℃脫水分解生成無(wú)定形的鋁酸鹽礦物相C12A7七鋁酸十二鈣,AH3凝膠在678℃脫水分解成AHO(OH)。
通常認(rèn)為,水化產(chǎn)物的脫水分解會(huì)使得鋁酸鈣水泥結(jié)合澆注料在300~900℃處理后強(qiáng)度降低。然而針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境,水泥結(jié)合澆注料的水泥含量會(huì)在較大范圍內(nèi)變化,因此熱處理對(duì)于澆注料強(qiáng)度的影響也是不同的。尤其是高水泥結(jié)合澆注料,相比低水泥或超低水泥結(jié)合澆注料,由于其水化產(chǎn)物生成更多,理論上其因水化產(chǎn)物脫水分解造成的強(qiáng)度損失會(huì)更加嚴(yán)重。然而,鋁酸鈣水泥結(jié)合澆注料在300℃處理后強(qiáng)度并不一定發(fā)生顯著降低,但是到目前還沒(méi)有關(guān)于其原因的總結(jié)。因此,不同水泥含量的澆注料在300℃熱處理前后的力學(xué)性能差異、水化產(chǎn)物的分解和結(jié)構(gòu)演變以及二者的相互關(guān)系則是所要關(guān)注的內(nèi)容。
對(duì)澆注料添加不同水泥含量(5%和12%)后,在300℃下燒后強(qiáng)度的影響、強(qiáng)度變化與水化產(chǎn)物的物相組成和結(jié)構(gòu)形貌的關(guān)系分析,澆注料經(jīng)110℃烘干和300℃熱處理后的常溫強(qiáng)度??梢钥闯?,相對(duì)于烘干強(qiáng)度5%的CAC結(jié)合澆注料試樣經(jīng)300℃熱處理后常溫抗折強(qiáng)度有少許減小,(CAC)=12%的試樣常溫抗折強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化,而二者試樣的耐壓強(qiáng)度增大??梢?jiàn),經(jīng)110℃烘干后基質(zhì)中主要有剛玉、C3AH6和AH3;經(jīng)300℃處理后基質(zhì)中,水化產(chǎn)物C3AH6和AH3的消失,逐漸出現(xiàn)C12A7的衍射峰和微弱的AHO(OH)衍射峰,表明澆注料經(jīng)過(guò)300℃熱處理后,水化產(chǎn)物C3AH6在210~300℃脫水分解成無(wú)定形的鋁酸鹽礦物相C12A7 (7C3AH→6C12A7+9CaO+21H2O)和AH3凝膠脫水分解成AHO(OH)(AL2O3·3H2O→2ALO(OH+2H2O)。以上結(jié)果表明,雖然300℃的熱處理導(dǎo)致了澆注料中水化產(chǎn)物的分解,但相對(duì)110℃烘干后的強(qiáng)度300℃熱處理后澆注料的常溫強(qiáng)度(尤其是常溫抗折強(qiáng)度)并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的降低。
經(jīng)110℃干燥后澆注料試樣,隨著水泥加入量從5%增加到12%,抗折強(qiáng)度增加,耐壓強(qiáng)度增加;可以看出,C3AH6和AH3的衍射峰越來(lái)越高,表明水化產(chǎn)物C3AH6和AH3的生成量增加。由于水泥加入量的增加導(dǎo)致產(chǎn)生較多的水化產(chǎn)物C3AH6和AH3,增加了澆注料中骨料和基質(zhì)之間的膠結(jié)程度,從而使?jié)沧⒘系暮娓蓮?qiáng)度增加。另外,水泥加入量從5%增加到12%,經(jīng)110℃烘干后,體積密度增加,顯氣孔率降低,是由于水泥含量的增加導(dǎo)致生成了更多數(shù)量的水化產(chǎn)物,填充了澆注料的孔隙,導(dǎo)致顯氣孔率下降。
經(jīng)300℃熱處理后澆注料試樣,隨著水泥加入量從5%增加到12%,抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度增加,體積密度增加,顯氣孔率降低。澆注料基質(zhì)試樣經(jīng)300℃熱處理后,隨著水泥加入量從 40%增加到70%,C12A7的衍射峰越來(lái)越高,表明更多的水化產(chǎn)物脫水分解生成更多的C12A7。值得注意的是,300℃脫水分解的水化產(chǎn)物C3AH6和AH3前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生顯著變化,較多脫水分解的水化產(chǎn)物能更多提供澆注料300℃處理后的強(qiáng)度,所以300℃熱處理后澆注料的強(qiáng)度隨水泥含量的增加而增加。