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铝酸盐水泥-硅溶胶结合系统优化及其对刚玉质浇

2020-03-12 12:49 作者:pokerking club 点击:

  铝酸盐水泥-硅溶胶结合系统优化及其对刚玉质浇注料性能的影响_能源/化工_工程科技_专业资料。铝酸盐水泥-硅溶胶结合系统优化及其对刚玉质浇注料性能的影 响 铝酸盐水泥结合浇注料具有高的早期强度和良好的流变性能,但 是中温强度低、养护工艺复杂;硅溶胶结合浇注料具有高的中温强度, 养护工艺简单,但

  铝酸盐水泥-硅溶胶结合系统优化及其对刚玉质浇注料性能的影 响 铝酸盐水泥结合浇注料具有高的早期强度和良好的流变性能,但 是中温强度低、养护工艺复杂;硅溶胶结合浇注料具有高的中温强度, 养护工艺简单,但浇注料前期强度较低,施工性不好。因此,本文结合 铝酸盐水泥和硅溶胶二者的胶结特性,尝试在铝酸盐水泥中引入硅溶 胶,从而形成复合结合系统,以期使浇注料具有良好的施工性能、高的 早期强度和简单的养护工艺,同时具有优异的高温强度、抗渣性和热 震稳定性。为了分析硅溶胶对铝酸盐水泥施工性能的影响,本文首先 研究了铝酸盐水泥-硅溶胶复合系统的流变和水化性能。流变试验结 果表明,铝酸盐水泥与水接触后,溶解生成大量的 Casup2+/sup和 Al(OH)sub4/subsup-/sup;SiOsub2/sub纳米粒子作为 水化物的形核点,大量分散于水泥颗粒表面和孔隙中,极容易吸附 Casup2+/sup而产生絮凝,从而形成 SiOsub2/sub三维网络结 构,增加絮凝结构的强度,使浆体中游离水减少,颗粒结合紧密。此过 程消耗大量 Casup2+/sup,促进了铝酸盐水泥的早期溶解过程。 因此,添加硅溶胶后,水泥浆体的剪切应力随剪切速率的增加而快速 增大,触变性提高,粘度增加,水泥浆体的储能模量和流动点增大,凝 结时间缩短。水化试验结果表明,硅溶胶对铝酸盐水泥的水化早期具 有促进作用,而对水化后期则是抑制作用。添加硅溶胶后,水化物的生 成量减少,结晶性降低,水化物显微结构较为“致密”,不同于纯铝酸 盐水泥花瓣状的疏松结构。硅溶胶中 SiOsub2/sub纳米粒子促进 了水泥水化早期的形核-生长(NG)阶段,使水泥水化过程中电导率大 幅度增加,水化热曲线中第一个峰峰强增加,峰位前移;而水化物包裹 在水泥颗粒表面,水化反应较早的从相边界反应(I)阶段进入扩散(D) 阶段;水泥水化后期受到抑制,水化放热量降低,料浆中水化物的生成 量较少,水化程度较低。核磁共振谱表明,硅溶胶中仅有一小部分 SiOsub2/sub纳米粒子参与水化作用,大部分仍然以呈三维网络 结构的 Si-O 四面体的形式存在。基于硅溶胶对铝酸盐水泥流变和水 化性能的研究,以铝酸盐水泥-硅溶胶为结合剂制备刚玉质浇注料。试 验结果表明:添加硅溶胶后,浇注料的流动值降低,常温性能得到明显 提高,尤其是常温抗折强度得到大幅度的提高。经 110℃养护后浇注 料的抗折强度由 7.5 MPa 提高到 13.7 MPa;经 1100℃和 1500℃热处 理后,浇注料的抗折强度分别达到最大值 23.0MPa 和 46.7 MPa,比未 添加硅溶胶的浇注料的相应值提高 1 倍左右。另一方面,由于浇注料 中钙铝黄长石的生成和钠离子的存在,增加了浇注料在高温下的玻璃 相含量,浇注料的高温抗折强度由 3.3MPa 降低至 0.69 MPa;但浇注料 的残余热震强度和残余强度保持率分别为 8.94MPa 和 19.1%,高于纯 水泥结合浇注料的 3.97 MPa 和 13.9%。静态抗渣试验结果表明,浇注 料的渗透指数先增加后降低。当添加 3%硅溶胶时,浇注料的渗透指数 降低至 58.1%,低于由纯铝酸盐水泥结合浇注料试样的相应值。为了 降低浇注料中 CaO 含量,将硅溶胶加入到超低水泥(1%)结合浇注料 中。研究结果表明,随着硅溶胶添加量的增加,浇注料的脱模强度由 2.1 MPa 提高到 3.3 MPa,经 110℃养护和 1100℃、1500℃热处理后的 常温抗折强度分别 2.7 MPa 提高到 5.4 Mpa、2.8 MPa 提高到 30.5 Mpa、 24.8 提高到 39.1 MPa,耐压强度也明显提高;载荷位移曲线表明,浇注 料的位移值增大。浇注料在 1000℃和 1200℃时的高温抗折强度略有 降低,分别由 31.5 MPa 和 26.9 MPa 降低至 25.5MPa 和 17.1 MPa,1400℃ 时的高温抗折强度由 8.0 MPa 降低至 1.8 MPa。但添加硅溶胶后浇注 料的热震稳定性有所改善。为提高铝酸盐水泥-硅溶胶结合浇注料的 高温强度、热震稳定性和抗渣性,在硅溶胶-超低水泥结合浇注料中添 加 SiOsub2/sub微粉,以促进浇注料中莫来石结合相的形成。研 究结果表明,1100℃热处理使 SiOsub2/sub微粉转变为石英,均匀 分布在浇注料中,浇注料中有β -Alsub2/subOsub3/sub相生 成;1500℃热处理后浇注料中有莫来石生成,这些莫来石相互交错分 布在浇注料中。引入 SiOsub2/sub微粉后浇注料的线收缩呈现变 小的趋势,浇注料的常温抗折强度变化不大,其在 1400℃的高温抗折 强度大幅度提高,由 2.3 MPa 提高到 15.6 MPa,增加幅度将近 6 倍,且 其耐压强度在经 1500℃热处理后大幅度增加,由 193.9 MPa 提高到 243.0 MPa,提高幅度达 25%。浇注料的载荷-位移曲线中位移值也呈 现增大趋势,表明浇注料的韧性提高。所有这些主要得益于在浇注料 结构中原位莫来石的生成。抗渣渗透试验结果表明,引入 SiOsub2/sub微粉后,浇注料的渣渗透指数下降,表明其抗渣渗透 性得以改善。

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