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致密耐火澆注料抗爆裂性評價方法的研究(上)

編輯:耐火澆注料   時間:2019-12-09    瀏覽:   
       摘要:為了制定合理的耐火澆注料抗爆裂性評價方法,以水泥結合、超低水泥結合、硅溶膠結合和水合氧化鋁結 合等剛玉質澆注料為研究對象,根據致密耐火澆注料抗爆裂性試驗方法的冶金行業標準(YB/T4117—2003)和不定形 耐火材料抗爆裂性試驗方法的國際標準(ISO16334:2013),分別測試試樣的抗爆裂溫度和內部轉變點溫度,研究兩者 對應關系。結果表明:
        1)水合氧化鋁結合剛玉質澆注料在抗爆裂性試驗過程中不存在轉變點溫度,存在轉變點溫度的幾 種澆注料其轉變點溫度和抗爆裂溫度之間不存在明確的對應關系。因此,國際標準中轉變點溫度越低,抗爆裂性越好 的觀點不成立。
        2)凡是有轉變點溫度的澆注料,若爆裂,都是在其內部溫度未達到轉變點溫度之前爆裂。若試樣內部 溫度達到轉變點溫度后還未爆裂,則一般就不會再發生爆裂了(除了出現裂紋的情況)。因此,測試澆注料的轉變點溫 度也有一定的意義。


       耐火澆注料由于采用了微粉和高效分散劑技術,致密度大大提高,而透氣度很低,從而降低了澆注料的抗爆裂性 能。澆注料的爆裂是當前不定形預制件特別是大型、超大型及異型預制件和現場耐火澆注料烘烤中經常遇到的問題。 因此,研究并提高耐火澆注料的抗爆裂性能具有重要的意義。

       耐火澆注料的抗爆裂性評價是研究耐火澆注料抗爆裂性好壞的重要部分,因此,合理的評價標準至關重要。關于 耐火澆注料的抗爆裂性評價,國際國內有著不同的標準,這些標準關于試樣尺寸、平行試樣個數等都有不同的要求。 致密耐火澆注料抗爆裂性評價的國際標準與國內標準的區別主要見表1。
表1致密耐火澆注料抗爆裂評價標準對比
        同時,國際標準中增加了對試樣內部溫度的監測,要求在試樣內部正中心部位埋入熱電偶,觀察試樣在試驗爐中 內部溫度隨時間的變化,認為其變化規律大致為:試樣內部溫度隨時間的延長并不一直是線性增加,而在某一時間段內 溫度保持不變,然后繼續線性增長。因此,該曲線上存在一個拐點,從而提出了轉變點溫度的概念。國際標準認為轉 變點溫度表示澆注料的脫水能力;轉變點溫度低,表明脫水能力高,抗爆裂性好;轉變點溫度高,表明脫水能力差,抗爆 裂性差。

 
       根據澆注料的兩種致爆機制(蒸汽壓力致爆機制和熱應力致爆機制)可知,影響澆注料抗爆裂性的因素有很多,如 澆注料的結合體系、含水量、透氣性、自身強度、試樣尺寸、烘烤制度等。國際標準中,“轉變點溫度越低,抗爆裂 性越好”的說法只提到了脫水能力與抗爆裂性的關系,而忽略了其他因素對澆注料抗爆裂性的影響。因此,本試驗中 主要根據現行冶金行業標準YB/T4117—2003和國際標準ISO16334:2013展開相關試驗,測試不同結合體系澆注料的 抗爆裂溫度及試樣內部轉變點溫度,探討轉變點溫度與抗爆裂溫度之間的關系。同時,測試了不同結合體系澆注料的 物理性能,探究其與抗爆裂溫度的關系。

1、試驗

       試驗原料主要有電熔白剛玉骨料(5~3、3~1和≤1mm)及細粉(≤0.045mm)、α-Al2O3微粉、金屬鋁粉、硅灰、 鋁酸鹽水泥、水合氧化鋁和硅溶膠等。減水劑有三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和FS10。

        試樣配比如表2所示。按表2進行配料,成型為40mm×40mm×160mm的長方體試樣和80mm×80mm的圓柱 試樣。長方體試樣經室溫養護24h脫模,再于110℃烘烤24h后經1300℃保溫3h熱處理。按國標測試110℃烘后試樣 的常溫抗折強度、常溫耐壓強度、顯氣孔率和體積密度。

         長方體試樣養護和熱處理階段的失水率檢測方法為:測其室溫養護24h脫模后的質量m1,110℃烘24h后的質量m 2,1300℃保溫3h燒后的質量m3(假設此時試樣內部的水分已完全蒸發),試樣的總加水量為m總,則試樣110℃干燥 階段失水率w1為:

w1=(m1-m2)/m總;

(1) 1300℃燒成階段的失水率w2為:

w2=(m2-m3)/m總;(2)

因此,試樣養護階段的失水率為1-w1-w2。


 
表2試樣配比
 

在圓柱試樣內部正中心部位埋入K型熱電偶,以測量試樣內部溫度,在恒溫恒濕養護箱中,于23℃帶模密封養護 24h。脫模后,按YB/T4117—2003和ISO16334:2013(E)分別測試試樣的抗爆裂溫度和內部轉變點溫度,其中,試樣 抗爆裂溫度的溫度間隔為100℃。

2結果與討論

2.1物理性能
       表3示出了澆注料經110℃烘后的物理性能。由表3可以看出,澆注料110℃烘后的常溫抗折強度與常溫耐壓強度 變化基本一致,強度由大到小為:CC>ABD>ULC≈AULC>SSG,由此可知在超低水泥中加入金屬鋁粉對其強度影響不 大。由文獻[7]可知,澆注料的抗拉強度在一定程度上能夠反映澆注料的抗爆裂性。一般認為抗拉強度與抗折強度有對 應關系,抗折強度越高,抗拉強度越大[8]。本試驗中沒有測量材料的抗拉強度,因而用澆注料的常溫抗折強度和耐壓 強度來研究強度對抗爆裂性的影響。

 
表3 澆注料經110℃烘24h后的物理性能


        圖1示出了澆注料在不同階段的失水率。由圖1可知,5種澆注料養護期間的失水率由大到小的順序為SSG>CC> ULC>ABD>AULC。澆注料在110℃期間失去的絕大多數水為自由水。澆注料在養護和烘干期間的共同失水率順序為S SG>ABD>AULC>ULC>CC。超低水泥澆注料110℃烘后其顯氣孔率并沒有因金屬鋁粉的加入而增大,但是其養護和 烘干期間的共同失水率卻由于加入金屬鋁粉而增大。這可能是由于金屬鋁粉只是增加試樣的透氣性通道,而沒有提高 試樣的顯氣孔率。因此,若想研究試樣內部水分蒸發的難易,應該研究試樣的透氣性。
 
圖1澆注料在不同階段的失水率

2.2抗爆裂試驗

     試樣的抗爆裂試驗結果如表4所示,其中,每個試驗溫度測試2個試樣。由表4可知,各試樣的抗爆裂溫度如下:試 樣CC為700℃,試樣ULC為500℃,試樣AULC為700℃,試樣ABD為300℃,試樣SSG為300℃。
表4試樣的抗爆裂試驗結果

 

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