鋁酸鈣水泥(CAC)因具有快速硬化、早期強度高、耐侵蝕和耐磨損性能好等優(yōu)點,被廣泛應用于耐火澆注料中。鋁酸鈣水泥與水發(fā)生水化反應,在不同的溫度下養(yǎng)護能夠生成不同類型的鋁酸鈣水化產(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).
鋁酸鈣水泥結合澆注料在升溫烘烤過程中,隨著熱處理溫度升高水化產(chǎn)物會發(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)。
通常認為,水化產(chǎn)物的脫水分解會使得鋁酸鈣水泥結合澆注料在300~900℃處理后強度降低。然而針對不同的應用環(huán)境,水泥結合澆注料的水泥含量會在較大范圍內(nèi)變化,因此熱處理對于澆注料強度的影響也是不同的。尤其是高水泥結合澆注料,相比低水泥或超低水泥結合澆注料,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度損失會更加嚴重。然而,鋁酸鈣水泥結合澆注料在300℃處理后強度并不一定發(fā)生顯著降低,但是到目前還沒有關于其原因的總結。因此,不同水泥含量的澆注料在300℃熱處理前后的力學性能差異、水化產(chǎn)物的分解和結構演變以及二者的相互關系則是所要關注的內(nèi)容。
對澆注料添加不同水泥含量(5%和12%)后,在300℃下燒后強度的影響、強度變化與水化產(chǎn)物的物相組成和結構形貌的關系分析,澆注料經(jīng)110℃烘干和300℃熱處理后的常溫強度。可以看出,相對于烘干強度5%的CAC結合澆注料試樣經(jīng)300℃熱處理后常溫抗折強度有少許減小,(CAC)=12%的試樣常溫抗折強度沒有明顯變化,而二者試樣的耐壓強度增大??梢?,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300℃熱處理后,水化產(chǎn)物C3AH6在210~300℃脫水分解成無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)。以上結果表明,雖然300℃的熱處理導致了澆注料中水化產(chǎn)物的分解,但相對110℃烘干后的強度300℃熱處理后澆注料的常溫強度(尤其是常溫抗折強度)并沒有出現(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%,抗折強度增加,耐壓強度增加;可以看出,C3AH6和AH3的衍射峰越來越高,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)之間的膠結程度,從而使?jié)沧⒘系暮娓蓮姸仍黾印A硗?,水泥加入量?%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%,抗折強度和耐壓強度增加,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)體的結構沒有發(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℃處理后的強度,所以300℃熱處理后澆注料的強度隨水泥含量的增加而增加。