水泥结合Al2O3质耐火浇注料结合剂水泥(CAC)属于水合结合,它是在一定温度和湿度条件下,通过结合剂与水发生反应,靠生成的水化产物的胶凝作用而产生的结合作用。下文为科瑞耐火材料厂家整理的,CAC水泥结合Al2O3质耐火浇注料水化反应下的硬化机理介绍。
科瑞耐材生产的部分水泥结合耐火浇注料产品图
CAC的硬化机理是指具有水硬性的铝酸钙矿物与水发生化学反应而实现凝结硬化的过程。它与水泥的矿物组成、含量和养生制度密切相关,而且也是影响CAC结合耐火浇注料常温强度的重要因素。
CAC的主相是CA2和CA。因此,CAC的水化和硬化主要是CA2和CA的水化以及水化物的结晶生长过程,也就是它们与水发生反应生成六方片状或者针状的CAH10、C2AH8和立方C3AH6以及Al2O3(aq)凝胶体等水化物,然后在养生和加热过程中形成相互连接的凝聚一结晶网络结构。水化反应式为:
CA的水化:<21℃,6CA+60H→6CAH10
21~35℃,6CA+33H→3C2AH8+3AH3
>35℃,6CA+24H→2C3AH6+4AH3
CA2的水化:<21℃,6CA2+78H→6CAH10+6AH3
21~35℃,6CA2+51H→3C2AH8+9AH3
>35℃,3CA2+21H→C3AH6+5AH3
这说明CA2和CA的水化产物均可以是C3AH6和AH3。其中,CA的水化反应速度快,水化后强度大;CA2则与水反应的速度较慢,但对提高耐火浇注料性能较为有利。
众所周知,由于CAC矿物组成中的钙离子在矿物结构中的配位数比正常的少,而且不规则,容易产生“空洞”。具有这种“空洞”结构的铝酸钙则具有水硬性。因此,当CAC遇水后,其粒子周围开始形成绒毛状的铝胶,随着时间的延长,绒毛状铝胶数量迅速增加。
同时,水或者氢氧离子(OH–)进入(或者透过铝胶薄膜进入)铝酸钙矿物的结构中,开始形成水化铝酸钙。由于铝胶包裹水泥颗粒和针状或者板状水化铝酸钙交错生长与互相联结,这就导致水泥凝结硬化而获得强度。
在水泥结合Al2O3质耐火浇注料中,其CAC的水化产物在加热过程中将会发生以下反应:
C3AH6→CAH→C12A7→CA2→CA,(加热过程的反应温度分别为400℃→550℃→900℃→1000℃)
AH3→AH→α-A,(加热过程的反应温度分别为300℃→500℃)
其分解产物为CA和α-A。加热温度高于1100℃时又会相互反应生成CA2。温度高于1450℃可形成CA6(也有人认为温度高于1300℃时便可形成CA6)。
由此看来,以CAC-活性氧化铝(含高效分散剂和减水剂)为结合系统的Al2O3质耐火浇注料(如水泥结合刚玉耐火浇注料)在不接触侵蚀介质的受热过程将会发生:
(1)在室温条件下,CAC本身的水化反应和相变(如上所述);
(2)在高温条件下,CAC成分同氧化铝反应便会生成CA6:
CA+5A=CA6
CA2+4A=CA6