在超低水泥浇注料中,超微粉的基本作用机理是填充。采用传统骨、粉料级配成型后,浇注料中仍有众多的孔隙被过量的水填满,水排除后,留下许多孔隙;当采用超微粉后,这些孔隙被超微粉填充,极少量的微孔被水填满。这样可降低拌合用水量,同时能提高体积密度和降低显气孔率。另外,在超低水泥耐火浇注料中,各种超微粉在水中均能形成胶体粒子,当有分散剂存在时,粒子表面形成双电层的重叠而产生静电斥力,防止了粒子之间的吸附絮凝;同时粒子周围吸附了分散剂而形成溶媒层,因此增大了浇注料的流动性。
超低水泥浇注料用的超微粉,主要有活性SiO2粉和α-Al2O3粉,其成分含量分别为93.2%、>90%,其粒径分布<1.0μm的应>70%。SiO2超微粉有两种:一种是用高纯硅石制成的;另一种是生产金属硅或硅铁的副产品。前者呈颗粒状无活性;后者呈中空球状有活性,不团聚,具有良好的分散性和填充性,在常温下有火山灰反应,高温下与Al2O3反应生成莫来石,均利于浇注料强度的提高。α-Al2O3超微粉系用工业氧化铝煅烧后制成的,其特点是分散性好、颗粒小、高温下易烧结且体积效应小等。
在超低水泥浇注料中掺加活性SiO2,当温度高于900℃之后,与粉料或水泥中的Al2O3反应,逐步形成莫来石化,产生体积效应,抵消耐火浇注料的部分体积收缩,促进了强度的提高。掺加α-Al2O3超微粉能促使铝酸钙在高温下形成较多的六铝酸钙(CA6),还有少量的莫来石、钙长石等。这些矿物的摩尔体积比较大,能阻止其体积收缩。通过显微镜观察证实,主晶相CA6是小柱状、针状晶体,钙长石为细小柱状结晶,共同形成了细小柱状和针状的交叉骨架结构,较为牢固致密,因此可以显著提高浇注料的强度。
随着超微粉用量的增加,凝聚结合的作用增强,强度提高,体积密度增大,而显气孔率降低。但是,SiO2超微粉用量增多,将会降低浇注料中的Al2O3含量,同时增加了游离石英,必然导致浇注料抗渣性的下降。实验证明,SiO2超微粉用量为5%左右时,抗渣性最好。另外,掺加较多的超微粉,会使浇注料高温烧结后产生不均匀收缩,导致强度明显下降。图1为超微粉对超低水泥浇注料抗折强度的影响。从图中看出,掺加活性SiO2和α-Al2O3等量复合的超微粉,其强度最高。其实,在超低水泥浇注料中,不但超微粉细度起作用,而且其形状和活性等也起了作用。比如,SiO2粉系硅灰,呈球形有活性,虽然略粗些,但其填充性和减水性比粒状无活性的α-Al2O3好,所以,活性SiO2超微粉的用量也可少些。图2示出超微粉用量对浇注料耐压强度的影响。从图中看出,随着超微粉用量的增加,1600℃烧结后耐压强度增大。当SiO2超微粉用量为5%左右,Al2O3超微粉用量为7%左右,此时,耐压强度较高,其它性能也优良。
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