不定形耐火材料的結(jié)合方式及常用結(jié)合劑教材

1、不定形耐火材料的結(jié)合方式及常用結(jié)合劑不定形耐火材料的結(jié)合方式及常用結(jié)合劑高高溫溫材料材料研研究院究院主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容u不定形耐火材料的結(jié)合體系及其重要性u結(jié)合劑的分類u不定形耐火材料的結(jié)合方式 水合結(jié)合 陶瓷結(jié)合 化學(xué)結(jié)合 粘附結(jié)合 聚合結(jié)合 凝聚結(jié)合 u選擇結(jié)合體系須考慮的因素u不定形耐火材料結(jié)合體系的進(jìn)展結(jié)合的必要性結(jié)合的必要性 不定形耐火材料由耐火骨料和粉料組成，其中骨料大多為瘠性料，只有借助于結(jié)合劑的結(jié)合作用才能形成整體，滿足強(qiáng)度、施工和使用的要求。不定形耐火材料的結(jié)合和結(jié)合體系不定形耐火材料的結(jié)合和結(jié)合體系u結(jié)合（Blinding）是指將散裝的骨料和粉料膠結(jié)在一起產(chǎn)生粘結(jié)、經(jīng)養(yǎng)

2、護(hù)、干燥和加熱后凝結(jié)硬化并產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的行為。u結(jié)合劑（Binder）結(jié)合劑是指起結(jié)合作用的物質(zhì)。結(jié)合劑的結(jié)合作用往往需要依賴于一定的結(jié)合體系才能充分發(fā)揮。u結(jié)合體系（Binding system）是指結(jié)合劑和能使結(jié)合劑充分發(fā)揮作用的其他物質(zhì)如水、分散劑、促凝劑、緩凝劑、PH值調(diào)節(jié)劑等的總和，是不定形耐火材料的重要組成部分。 按化學(xué)性按化學(xué)性質(zhì)分類質(zhì)分類無機(jī)類無機(jī)類典型結(jié)合劑舉例水泥類硅酸鈣水泥；鋁酸鈣水泥硅酸鹽類硅酸鹽水泥；水玻璃（Na2OnSiO2）磷酸和磷酸鹽類磷酸H3PO4 磷酸氫鋁Al(H2PO4)3 ， Al2(H2PO4)3 磷酸二氫鎂Mg(H2PO4)2 聚磷酸鈉Na5P3O1

3、0，(NaPO3)6 硫酸鹽類硫酸鎂、硫酸鋁Al2(SO4)318H2O 、硫酸鐵氯化物類氯化鎂MgCl2 堿式氯化鋁Al2(OH)nCI6nm硼酸，氧化硼，硼酸鹽H3BO3，B2O3，Na2B4Or10H2O 溶膠類硅溶膠、鋁溶膠、硅鋁溶膠等氧化物超細(xì)粉fSiO2， fAl2O3，fCr2O3活性氧化物-Al2O3 水合氧化鋁天然礦物軟質(zhì)粘土有機(jī)類有機(jī)類水溶性淀粉，糊精 ，亞硫酸紙漿廢液，聚乙烯醇，羥甲基纖維素，硅酸乙酯 等非水溶性瀝青、甲階酚醛樹脂，線型酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂等按硬化條件分類按硬化條件分類水硬性結(jié)合水硬性結(jié)合 只有當(dāng)結(jié)合劑與水混合并發(fā)生水化反應(yīng)，且通常需在潮濕和一定的只有當(dāng)結(jié)合

4、劑與水混合并發(fā)生水化反應(yīng)，且通常需在潮濕和一定的濕度條件下養(yǎng)護(hù)后方能凝結(jié)硬化。濕度條件下養(yǎng)護(hù)后方能凝結(jié)硬化。例如例如 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥 鋁酸鹽水泥鋁酸鹽水泥 水合氧化鋁水合氧化鋁 氣硬性結(jié)合氣硬性結(jié)合 在常溫下得空氣中結(jié)合劑即可凝結(jié)硬化。通常需加促凝劑。在常溫下得空氣中結(jié)合劑即可凝結(jié)硬化。通常需加促凝劑。 例如例如 Na2OnSiO2Aq+Na2SiF6 H3PO4+CA水泥或水泥或MgO Al(H2PO4)3+CA水泥或水泥或MgO H3PO4+CA水泥或水泥或MgO熱硬性結(jié)合熱硬性結(jié)合 只有在加熱的條件下，結(jié)合劑方可凝結(jié)硬化。只有在加熱的條件下，結(jié)合劑方可凝結(jié)硬化。 例如例如 熱固性樹

5、脂熱固性樹脂 Al(H2PO4)3 Na2OnSiO2Aq水合結(jié)合水合結(jié)合 水合結(jié)合是靠結(jié)合劑（如水泥）與水在一定水合結(jié)合是靠結(jié)合劑（如水泥）與水在一定的溫度和濕度條件下發(fā)生水化反應(yīng)，生成的水的溫度和濕度條件下發(fā)生水化反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物產(chǎn)生膠凝作用而產(chǎn)生?；a(chǎn)物產(chǎn)生膠凝作用而產(chǎn)生。 水化反應(yīng)和凝膠作用而產(chǎn)生強(qiáng)度需要時(shí)間、水化反應(yīng)和凝膠作用而產(chǎn)生強(qiáng)度需要時(shí)間、濕度和濕度條件，因而需要養(yǎng)護(hù)。濕度和濕度條件，因而需要養(yǎng)護(hù)。幾種典型的水硬性結(jié)合劑及其結(jié)合機(jī)理幾種典型的水硬性結(jié)合劑及其結(jié)合機(jī)理1、硅酸鈣水泥（波特蘭水泥）、硅酸鈣水泥（波特蘭水泥）2、鋁酸鈣水泥（燒結(jié)法，電熔法）、鋁酸鈣水泥（燒結(jié)法，電

6、熔法）3、水硬性氧化鋁、水硬性氧化鋁鋁酸鈣水泥鋁酸鈣水泥 鋁酸鈣水泥（鋁酸鈣水泥（Calcium aluminate cement）是以一鋁酸鈣（是以一鋁酸鈣（CA）或）或/和二鋁酸鈣（和二鋁酸鈣（CA2）為主）為主要礦物成分的無機(jī)非金屬凝膠材料。要礦物成分的無機(jī)非金屬凝膠材料。 鋁酸鈣水泥以鋁酸鈣水泥以CaO、Al2O3和和SiO2為主要成分，為主要成分，具有比硅酸鹽水泥耐火度高（一般高于具有比硅酸鹽水泥耐火度高（一般高于1380，有些甚至高達(dá)有些甚至高達(dá)1770）的特點(diǎn)。鋁酸鈣水泥水化）的特點(diǎn)。鋁酸鈣水泥水化時(shí)不產(chǎn)生時(shí)不產(chǎn)生Ca(OH)2， Ca(OH)2在在500左右脫水分左右脫水分解易

7、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。鋁酸鈣水泥中二鋁酸鈣（解易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。鋁酸鈣水泥中二鋁酸鈣（CA2）含量低甚至不含二鋁酸鈣，以避免出現(xiàn)因二鋁酸鈣含量低甚至不含二鋁酸鈣，以避免出現(xiàn)因二鋁酸鈣晶型轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致嚴(yán)重的體積變化。晶型轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致嚴(yán)重的體積變化。鋁酸鈣水泥的主要礦物的水化、硬化特性：鋁酸鈣水泥的主要礦物的水化、硬化特性：CA具有很高的水化活性，其特點(diǎn)是凝結(jié)不快而硬化迅速，是具有很高的水化活性，其特點(diǎn)是凝結(jié)不快而硬化迅速，是鋁酸鈣水泥強(qiáng)度的主要來源。但鋁酸鈣水泥強(qiáng)度的主要來源。但CA含量過高的水泥，強(qiáng)度發(fā)含量過高的水泥，強(qiáng)度發(fā)展主要集中在早期，后期強(qiáng)度增加并不顯著。展主要集中在早期，后期強(qiáng)度增加并不顯著。CA

8、2在在CaO含量較低的水泥中含量較多，其水化硬化較慢，后含量較低的水泥中含量較多，其水化硬化較慢，后期強(qiáng)度較高，但早期強(qiáng)度較低。如期強(qiáng)度較高，但早期強(qiáng)度較低。如CA2含量過多，將影響鋁酸含量過多，將影響鋁酸鈣水泥的快硬性能。鈣水泥的快硬性能。C2AS（鋁方柱石）晶格中粒子配位對稱性好，因此活性很差，（鋁方柱石）晶格中粒子配位對稱性好，因此活性很差，基本不發(fā)生水化反應(yīng)，屬非水硬性礦物?；静话l(fā)生水化反應(yīng)，屬非水硬性礦物。鋁酸鈣水泥原料中的鋁酸鈣水泥原料中的SiO2在燒結(jié)時(shí)主要形成在燒結(jié)時(shí)主要形成C2AS，同時(shí)消耗，同時(shí)消耗CaO和和Al2O3，因此，因此C2AS含量越高，則所形成的活性礦物含量越

9、高，則所形成的活性礦物CA和和CA2越水泥的強(qiáng)度也就越低。越水泥的強(qiáng)度也就越低。C12A7（七鋁酸十二鈣）晶體結(jié)構(gòu)中鋁和鈣的配（七鋁酸十二鈣）晶體結(jié)構(gòu)中鋁和鈣的配位極不規(guī)則，晶格具有大量的結(jié)構(gòu)空洞，使其水位極不規(guī)則，晶格具有大量的結(jié)構(gòu)空洞，使其水化很快、凝結(jié)迅速，但強(qiáng)度不高。因此化很快、凝結(jié)迅速，但強(qiáng)度不高。因此C12A7含含量高時(shí)，水泥的后期強(qiáng)度較低。另外，量高時(shí)，水泥的后期強(qiáng)度較低。另外，C4AF（鐵鋁酸四鈣）也可以水化，有凝固性并產(chǎn)生一（鐵鋁酸四鈣）也可以水化，有凝固性并產(chǎn)生一定的強(qiáng)度，能加速水泥的硬化。定的強(qiáng)度，能加速水泥的硬化。鋁酸鈣水泥中礦物的水化凝結(jié)和硬化速度按下列鋁酸鈣水泥中礦

10、物的水化凝結(jié)和硬化速度按下列次序遞減：次序遞減：C12A7 C4AF CA CA2 鋁酸鈣水泥鋁酸鈣水泥的水化反應(yīng)的水化反應(yīng)水化速度：水化速度： C12A7 CA CA2 鋁酸鈣水泥的化學(xué)組成鋁酸鈣水泥的化學(xué)組成AlAl2 2O O3 3，% %FeFe2 2O O3 3* *，% %CaOCaO，% %SiOSiO2 2，% %低純低純39-5039-507-167-1635-4535-454.5-904.5-90中純中純55-6655-661-31-326-3626-363.5-6.03.5-6.0高純高純70-9070-900-0.40-0.49-289-280-0.30-0.3*所有的

11、鐵按所有的鐵按Fe2O3計(jì)。計(jì)。CA水泥的相組成水泥的相組成相對水化速率相對水化速率低純低純(39-50%Al(39-50%Al2 2O O3 3) )中純中純(55-66%Al(55-66%Al2 2O O3 3) )高純高純(39-50%Al(39-50%Al2 2O O3 3) )快水化快水化CACAC C4 4A A3 3S SC C1212A A7 7CACA2 2C CCACAC C1212A A7 7CACA2 2C CCACAC C1212A A7 7CACA2 2C C慢水化慢水化C C2 2S SC C4 4AFAFC C2 2ASASC C2 2S SC C4 4AFAF

12、C C2 2ASAS不水化不水化CTCTA ACTCTA AA A*C=CaO；A=Al2O3 ；S=SiO2；F=Fe2O3 ；T=TiO2 值得注意的是，在常溫下只有值得注意的是，在常溫下只有C C3 3AHAH6 6是穩(wěn)定相，是穩(wěn)定相，而而C C2 2AHAH8 8和和CAHCAH1010都是亞穩(wěn)相，隨溫度升高或時(shí)間的都是亞穩(wěn)相，隨溫度升高或時(shí)間的延長都會自發(fā)地轉(zhuǎn)化為延長都會自發(fā)地轉(zhuǎn)化為C C3 3AHAH6 6，引起強(qiáng)度下降。其，引起強(qiáng)度下降。其原因除了上述原因除了上述C C3 3AHAH6 6本身結(jié)晶形狀外，本身結(jié)晶形狀外， CAHCAH1010、C C2 2AHAH8 8和和C C

13、3 3AHAH6 6的真密度分別為的真密度分別為1.721.72、1.951.95和和2.53g/cm2.53g/cm3 3， CAHCAH1010和和C C2 2AHAH8 8轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為C C3 3AHAH6 6時(shí)膠結(jié)物相中空隙率必然時(shí)膠結(jié)物相中空隙率必然增大，物相的結(jié)合面積下降，也會導(dǎo)致強(qiáng)度下降。增大，物相的結(jié)合面積下降，也會導(dǎo)致強(qiáng)度下降。另外，鋁膠另外，鋁膠AHAH3 3轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶相時(shí)也會因密度提高、轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶相時(shí)也會因密度提高、空隙率增大而降低強(qiáng)度?？障堵试龃蠖档蛷?qiáng)度。 鋁酸鈣水泥用作耐火澆注料結(jié)合劑時(shí)，一般都是鋁酸鈣水泥用作耐火澆注料結(jié)合劑時(shí)，一般都是在養(yǎng)護(hù)早期（在養(yǎng)護(hù)早期（3-

14、73-7天或更短）就進(jìn)行烘干和熱處理，天或更短）就進(jìn)行烘干和熱處理，此時(shí)水化即中止，所產(chǎn)生的強(qiáng)度是熱處理后強(qiáng)度，此時(shí)水化即中止，所產(chǎn)生的強(qiáng)度是熱處理后強(qiáng)度，故可不考慮其后期強(qiáng)度下降問題。故可不考慮其后期強(qiáng)度下降問題。養(yǎng)護(hù)溫度與終凝時(shí)間養(yǎng)護(hù)溫度與終凝時(shí)間鋁酸鈣水泥加熱的相變化鋁酸鈣水泥加熱的相變化鋁酸鈣的性質(zhì)鋁酸鈣的性質(zhì)一鋁酸鈣一鋁酸鈣，分子式：，分子式：CaOAlCaOAl2 2O O3 3 性質(zhì)：單斜晶系，理論密度性質(zhì)：單斜晶系，理論密度2.945g/cm2.945g/cm3 3，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)16021602。二鋁酸鈣二鋁酸鈣，分子式：，分子式：CaO2AlCaO2Al2 2O O3 3性質(zhì)：

15、單斜晶系，晶體呈菱柱狀。理論密度性質(zhì)：單斜晶系，晶體呈菱柱狀。理論密度2.92g/cm2.92g/cm3 3。硬度。硬度6.56.5，約，約17621762分解為液相和六鋁酸一鈣?？捎裳趸}和三氧化二鋁以分解為液相和六鋁酸一鈣?？捎裳趸}和三氧化二鋁以1:21:2的配的配比，于比，于1000-18001000-1800通過固相反應(yīng)生成。為低鈣鋁酸鹽耐火水泥和高鋁通過固相反應(yīng)生成。為低鈣鋁酸鹽耐火水泥和高鋁水泥熟料的主要礦物，其早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度能不斷提高。水泥熟料的主要礦物，其早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度能不斷提高。理論密度理論密度2.92g/cm2.92g/cm3 3，分解溫度：，分解溫度：1

16、7621762。六鋁酸鈣六鋁酸鈣，分子式：，分子式：CaO6AlCaO6Al2 2O O3 3簡寫為簡寫為CACA6 6。性質(zhì)：白色固體。理論密度性質(zhì)：白色固體。理論密度3.54-3.9g/cm3.54-3.9g/cm3 3。六方晶系，片狀晶。當(dāng)與少。六方晶系，片狀晶。當(dāng)與少量硅、鈦、鐵氧化物形成固溶體時(shí)，顏色變藍(lán)或綠色。約量硅、鈦、鐵氧化物形成固溶體時(shí)，顏色變藍(lán)或綠色。約18301830不一致不一致熔融為氧化鋁和液相。通過高溫固相反應(yīng)生成。存在于低鈣鋁酸鹽水泥熔融為氧化鋁和液相。通過高溫固相反應(yīng)生成。存在于低鈣鋁酸鹽水泥熟料中，為惰性礦物，無水硬性。熟料中，為惰性礦物，無水硬性。理論密度：理

17、論密度：3.84g/cm33.84g/cm3，分解溫度：，分解溫度：18301830。理論密度：理論密度：3.03g/cm33.03g/cm3，熔點(diǎn)：，熔點(diǎn)：15391539。Ttc2 1400HMORTtc2 1400HMOR后試樣后試樣少量少量CACA6 6Ttc8 1400HMORTtc8 1400HMOR后試樣后試樣大量大量CACA6 6Ww1600燒后試樣燒后試樣Ww1600燒后試樣燒后試樣基質(zhì)中基質(zhì)中CAC與氧化鋁反應(yīng)與氧化鋁反應(yīng)生成的穿插排列的生成的穿插排列的CA6鋁酸鈣性質(zhì)鋁酸鈣性質(zhì)七鋁酸十二鈣七鋁酸十二鈣，分子式：，分子式：12CaO7Al12CaO7Al2 2O O3 3

18、性質(zhì)：有兩種變體：穩(wěn)定型的性質(zhì)：有兩種變體：穩(wěn)定型的-C-C1212A A7 7和不穩(wěn)定型的和不穩(wěn)定型的-C-C1212A A7 7。穩(wěn)定型為等軸。穩(wěn)定型為等軸晶系。理論密度晶系。理論密度2.70g/cm2.70g/cm3 3，硬度，硬度5 5，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)13921392，晶體結(jié)構(gòu)中鋁、鈣的配位，晶體結(jié)構(gòu)中鋁、鈣的配位極不規(guī)則，有大量晶腔。水化時(shí)具有快凝快硬的特點(diǎn)。不穩(wěn)定型屬斜方晶系。極不規(guī)則，有大量晶腔。水化時(shí)具有快凝快硬的特點(diǎn)。不穩(wěn)定型屬斜方晶系。結(jié)晶呈針狀和片狀。沒有一定的熔點(diǎn)。沒有穩(wěn)定穩(wěn)定范圍。有明顯的多色性。結(jié)晶呈針狀和片狀。沒有一定的熔點(diǎn)。沒有穩(wěn)定穩(wěn)定范圍。有明顯的多色性。密度密度

19、3.10-3.15g/cm3.10-3.15g/cm3 3。硬度。硬度5.5.常固溶二氧化硅、二氧化鈦、氧化亞鐵和氧化常固溶二氧化硅、二氧化鈦、氧化亞鐵和氧化鎂等。水化時(shí)凝結(jié)極快。可由氧化鈣和三氧化二鋁通過固相反應(yīng)生成。存在鎂等。水化時(shí)凝結(jié)極快。可由氧化鈣和三氧化二鋁通過固相反應(yīng)生成。存在于高鋁水泥熟料中，水化時(shí)快凝，早期強(qiáng)度高，但后期強(qiáng)度倒縮快。于高鋁水泥熟料中，水化時(shí)快凝，早期強(qiáng)度高，但后期強(qiáng)度倒縮快。理論密度：理論密度：2.70g/cm2.70g/cm3 3，熔點(diǎn)：，熔點(diǎn)：14151415。鋁酸三鈣鋁酸三鈣，分子式：，分子式：3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3 性質(zhì)：白色固體，等

20、軸晶系。理論密度性質(zhì)：白色固體，等軸晶系。理論密度3.04g/cm3.04g/cm3 3。硬度。硬度6 6。折射率。折射率1.7101.710，可與鐵、鎂、硅、鈉、鉀等形成固溶體?？捎裳趸}和三氧化鋁以可與鐵、鎂、硅、鈉、鉀等形成固溶體?？捎裳趸}和三氧化鋁以3:13:1的配比，的配比，在在1000-18001000-1800通過固相反應(yīng)生成。是硅酸鹽水泥熟料中間相的主要組成，其通過固相反應(yīng)生成。是硅酸鹽水泥熟料中間相的主要組成，其水化迅速，放熱大，凝結(jié)快，易使水泥急凝。水化迅速，放熱大，凝結(jié)快，易使水泥急凝。理論密度：理論密度：3.03g/cm3.03g/cm3 3，熔點(diǎn)：，熔點(diǎn)：15391

21、539。什么是水硬性氧化鋁什么是水硬性氧化鋁 水硬性氧化鋁是氫氧化鋁在快速脫水情況下水硬性氧化鋁是氫氧化鋁在快速脫水情況下形成的仍含有一定結(jié)構(gòu)水的氧化鋁的中間產(chǎn)物，形成的仍含有一定結(jié)構(gòu)水的氧化鋁的中間產(chǎn)物，是是-Al-Al2 2O O，-Al-Al2 2O O3 3，-Al-Al2 2O O3 3等多種氧化鋁等多種氧化鋁變體和由三水鋁石快速煅燒而成的一水軟鋁石變體和由三水鋁石快速煅燒而成的一水軟鋁石組成的混合物。組成的混合物。水硬性氧化鋁水硬性氧化鋁將研磨后的水硬性氧化鋁做激光粒度分析，粒度分布如下圖所示，可見，將研磨后的水硬性氧化鋁做激光粒度分析，粒度分布如下圖所示，可見，研磨后的水硬性氧化

22、鋁的粒度很細(xì)，呈雙峰分布，細(xì)的部分在研磨后的水硬性氧化鋁的粒度很細(xì)，呈雙峰分布，細(xì)的部分在1 1微米左右，微米左右，粗的部分在粗的部分在1010微米左右，微米左右，D50D50大約在大約在3 3微米左右，可以作為不定形耐火材微米左右，可以作為不定形耐火材料超細(xì)粉使用。料超細(xì)粉使用?；瘜W(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合 化學(xué)結(jié)合是由結(jié)合劑和原料中的氧化物或化學(xué)結(jié)合是由結(jié)合劑和原料中的氧化物或/ /和和加入的促凝劑在常溫或加熱狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加入的促凝劑在常溫或加熱狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，靠反應(yīng)產(chǎn)物的交鏈或聚合作用而產(chǎn)生的?？糠磻?yīng)產(chǎn)物的交鏈或聚合作用而產(chǎn)生的。結(jié)合劑結(jié)合劑 + + 氧化物氧化物結(jié)合劑結(jié)合劑 + + 促

23、凝劑促凝劑聚合作用聚合作用結(jié)合結(jié)合磷酸（磷酸（H3PO4） 磷酸磷酸（H3PO4）在水溶液中能電離出在水溶液中能電離出H H2 2POPO4 4- -、HPOHPO4 42-2-和和POPO4 43-3- 離離子。這些酸根可與耐火材料基質(zhì)和子。這些酸根可與耐火材料基質(zhì)和/ /或添加的促凝劑結(jié)合形成復(fù)或添加的促凝劑結(jié)合形成復(fù)式磷酸鹽，從而產(chǎn)生膠結(jié)能力。式磷酸鹽，從而產(chǎn)生膠結(jié)能力。磷酸可與氧化鎂細(xì)粉發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：磷酸可與氧化鎂細(xì)粉發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)： 2H2H3 3POPO4 4+MgO=Mg(H+MgO=Mg(H2 2POPO4 4) )2 2+H+H2 2O OH H3 3POPO4 4+M

24、gO=MgHPO+MgO=MgHPO4 4+H+H2 2O O2H2H3 3POPO4 4+3MgO=Mg+3MgO=Mg3 3(PO4)(PO4)2 2+3H+3H2 2O O鋁酸鈣水泥作為促凝劑時(shí)，磷酸可與之反應(yīng)形成鋁酸鈣水泥作為促凝劑時(shí)，磷酸可與之反應(yīng)形成CaHPOCaHPO4 42H2H2 2O O；CaCa+ + + PO+ PO4 43- 3- + 5H+ 5H+ + + 2O+ 2O2-2- CaHPO CaHPO4 42H2H2 2O O 磷酸鹽結(jié)合劑磷酸鹽結(jié)合劑正磷酸鹽正磷酸鹽 在分子式中僅含在分子式中僅含一個(gè)一個(gè)P P原子的磷酸鹽原子的磷酸鹽例如：例如：Al(HAl(H2

25、2POPO4 4) )3 3AlAl2 2(HPO(HPO4 4) )3 3Mg(HPOMg(HPO4 4) )2 2聚磷酸鹽聚磷酸鹽 在分子式中含兩個(gè)或兩在分子式中含兩個(gè)或兩個(gè)個(gè)P P以上原子的磷酸鹽以上原子的磷酸鹽例如：例如：NaNa2 2P P2 2O O7 7（焦磷酸鈉）（焦磷酸鈉）NaNa5 5P P3 3O O1010（三聚磷酸鈉）（三聚磷酸鈉）(NaPO(NaPO3 3) )6 6（六偏磷酸鈉）（六偏磷酸鈉）NaNa2 2P P4 4O O1111（超聚磷酸鈉）（超聚磷酸鈉）磷酸與金屬陽離子的反應(yīng)磷酸與金屬陽離子的反應(yīng)聚磷酸鹽的脫水聚磷酸鹽的脫水聚合作用聚合作用硅酸鈉（水玻璃）硅

26、酸鈉（水玻璃）縮聚結(jié)合縮聚結(jié)合 縮聚結(jié)合是由高聚物的有機(jī)結(jié)合劑在一定條件下縮聚結(jié)合是由高聚物的有機(jī)結(jié)合劑在一定條件下與加入的特定的催化劑（促媒劑）或交鏈劑產(chǎn)生的與加入的特定的催化劑（促媒劑）或交鏈劑產(chǎn)生的縮合縮合- -聚合反應(yīng)，生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)合作聚合反應(yīng)，生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)合作用。用。甲階酚醛樹脂在酸或加熱條件下的縮聚作用甲階酚醛樹脂在酸或加熱條件下的縮聚作用不定形耐火材料常見的結(jié)合方式不定形耐火材料常見的結(jié)合方式（按結(jié)合機(jī)理分）（按結(jié)合機(jī)理分）u水合結(jié)合水合結(jié)合u化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合u聚合結(jié)合聚合結(jié)合u陶瓷結(jié)合陶瓷結(jié)合u粘附結(jié)合粘附結(jié)合u凝聚劑和凝聚劑和陶瓷結(jié)合陶瓷結(jié)合 陶瓷

27、結(jié)合是靠在不高的溫度下即可發(fā)陶瓷結(jié)合是靠在不高的溫度下即可發(fā)生的固相生的固相- -液相燒結(jié)而產(chǎn)生的結(jié)合。液相燒結(jié)而產(chǎn)生的結(jié)合。 為形成液相而促進(jìn)固為形成液相而促進(jìn)固- -液燒結(jié)，在料中往往需液燒結(jié)，在料中往往需加入作為熔劑的低熔點(diǎn)物（助燒劑）。當(dāng)采用那加入作為熔劑的低熔點(diǎn)物（助燒劑）。當(dāng)采用那些在遠(yuǎn)低于使用溫度下就能產(chǎn)生良好燒結(jié)作用的些在遠(yuǎn)低于使用溫度下就能產(chǎn)生良好燒結(jié)作用的原料時(shí)，原料之間也能產(chǎn)生陶瓷結(jié)合。原料時(shí)，原料之間也能產(chǎn)生陶瓷結(jié)合。 陶瓷結(jié)合常用于振動、搗打或自然堆積施陶瓷結(jié)合常用于振動、搗打或自然堆積施工的氧化鋁基或氧化鎂基干式料中。其骨料和粉工的氧化鋁基或氧化鎂基干式料中。其骨料

28、和粉料在只有幾百度的低溫下利用粘滯的液相產(chǎn)生結(jié)料在只有幾百度的低溫下利用粘滯的液相產(chǎn)生結(jié)合作用，隨著溫度的升高，液相可轉(zhuǎn)而通過固合作用，隨著溫度的升高，液相可轉(zhuǎn)而通過固- -液反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的結(jié)合相。液反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的結(jié)合相。 用合成用合成MgO-CaO-FeMgO-CaO-Fe2 2O O3 3熟料生產(chǎn)的高功率、熟料生產(chǎn)的高功率、超高功率電爐爐底用干式料也是陶瓷結(jié)合的典范。超高功率電爐爐底用干式料也是陶瓷結(jié)合的典范。在這種干式料中，在這種干式料中，2CaO-Fe2CaO-Fe2 2O O3 3起燒結(jié)劑的作用。起燒結(jié)劑的作用。陶瓷結(jié)合與燒結(jié)陶瓷結(jié)合與燒結(jié) 粉體集合體的陶瓷結(jié)合在有些情況下要求在

29、不高的溫度下粉體集合體的陶瓷結(jié)合在有些情況下要求在不高的溫度下形成，這種結(jié)合主要靠有液相參與的燒結(jié)。只有形成陶瓷結(jié)形成，這種結(jié)合主要靠有液相參與的燒結(jié)。只有形成陶瓷結(jié)合，才能具有高的強(qiáng)度和密度。合，才能具有高的強(qiáng)度和密度。氧化鋁基干式料氧化鋁基干式料中加入氧化硼或中加入氧化硼或硼砂的原理硼砂的原理不定形耐火材料常見的結(jié)合方式不定形耐火材料常見的結(jié)合方式（按結(jié)合機(jī)理分）（按結(jié)合機(jī)理分）u水合結(jié)合水合結(jié)合u化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合u聚合結(jié)合聚合結(jié)合u陶瓷結(jié)合陶瓷結(jié)合u粘附結(jié)合粘附結(jié)合u凝聚劑和凝聚劑和粘附結(jié)合粘附結(jié)合 粘附結(jié)合是靠粘稠的液體結(jié)合劑通過吸附、粘附結(jié)合是靠粘稠的液體結(jié)合劑通過吸附、擴(kuò)散、靜電吸

30、引和擴(kuò)散、靜電吸引和/ /或結(jié)合劑與被結(jié)合物之間毛細(xì)或結(jié)合劑與被結(jié)合物之間毛細(xì)管力等形成的粘附等作用而產(chǎn)生的結(jié)合。管力等形成的粘附等作用而產(chǎn)生的結(jié)合。哪些物質(zhì)可作為粘附結(jié)合的結(jié)合劑？哪些物質(zhì)可作為粘附結(jié)合的結(jié)合劑？ 產(chǎn)生粘附結(jié)合的結(jié)合劑多為有機(jī)類臨時(shí)性的結(jié)產(chǎn)生粘附結(jié)合的結(jié)合劑多為有機(jī)類臨時(shí)性的結(jié)合劑，如糊精、糖蜜、紙漿廢液、甲基纖維素、液合劑，如糊精、糖蜜、紙漿廢液、甲基纖維素、液體石蠟等。某些液態(tài)無機(jī)結(jié)合劑也可產(chǎn)生粘附結(jié)合，體石蠟等。某些液態(tài)無機(jī)結(jié)合劑也可產(chǎn)生粘附結(jié)合，如磷酸二氫鋁、水玻璃等。如磷酸二氫鋁、水玻璃等。吸附作用吸附作用主要依靠馮子健的相互作用力主要依靠馮子健的相互作用力-范德華

31、范德華力而產(chǎn)生的；力而產(chǎn)生的；擴(kuò)散作用擴(kuò)散作用是在物質(zhì)分子熱運(yùn)動的作用下粘結(jié)劑與是在物質(zhì)分子熱運(yùn)動的作用下粘結(jié)劑與被粘結(jié)物的分子發(fā)生相互擴(kuò)散，形成擴(kuò)散層，從被粘結(jié)物的分子發(fā)生相互擴(kuò)散，形成擴(kuò)散層，從而形成結(jié)合而產(chǎn)生的；而形成結(jié)合而產(chǎn)生的；靜電作用靜電作用是粘結(jié)劑與被粘結(jié)物的界面存在著雙電是粘結(jié)劑與被粘結(jié)物的界面存在著雙電層，由雙電層的靜電引力作用而產(chǎn)生結(jié)合。層，由雙電層的靜電引力作用而產(chǎn)生結(jié)合。凝聚結(jié)合凝聚結(jié)合 凝聚結(jié)合是靠相互靠近到納米尺度或接觸凝聚結(jié)合是靠相互靠近到納米尺度或接觸的某些材料的膠團(tuán)粒子或某些具有亞微米尺度的某些材料的膠團(tuán)粒子或某些具有亞微米尺度超細(xì)粉之間的分子間引力（范德華力

32、）包括氫超細(xì)粉之間的分子間引力（范德華力）包括氫鍵的架橋作用而產(chǎn)生的結(jié)合。鍵的架橋作用而產(chǎn)生的結(jié)合。DLVO理論理論DLVODLVO理論是理論是 19411941年由德差查金（年由德差查金（DerjaguinDerjaguin）和朗道（）和朗道（LandauLandau） 19481948年由維韋（年由維韋（VerweyVerwey）和奧弗比克（）和奧弗比克（OverbeekOverbeek）分別提出的帶電膠體粒子穩(wěn)定理論的簡稱，以他們分別提出的帶電膠體粒子穩(wěn)定理論的簡稱，以他們四人的名字的首字母表示。四人的名字的首字母表示。DLVO理論要點(diǎn)理論要點(diǎn)u分散在介質(zhì)中的膠團(tuán)由表面帶電的膠核及環(huán)繞周

33、圍帶相反電分散在介質(zhì)中的膠團(tuán)由表面帶電的膠核及環(huán)繞周圍帶相反電荷的離子氛組成。膠團(tuán)之間既存在引力（荷的離子氛組成。膠團(tuán)之間既存在引力（V VA A）也存在斥力）也存在斥力（V VR R）。）。u當(dāng)當(dāng)V VR R VVA A時(shí)，斥力可足以阻止由于布朗運(yùn)動使粒子相互碰撞時(shí)，斥力可足以阻止由于布朗運(yùn)動使粒子相互碰撞而粘結(jié)時(shí)，則系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。而當(dāng)而粘結(jié)時(shí)，則系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。而當(dāng)V VA A V VR R 時(shí)，粒子時(shí)，粒子將相互靠攏而發(fā)生聚沉。調(diào)整將相互靠攏而發(fā)生聚沉。調(diào)整V VR R和和V VA A相對大小，可改變系統(tǒng)的相對大小，可改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。uV VA A ,V,VR R

34、以及總勢能都隨粒子間距離的變化而變化，但斥力勢以及總勢能都隨粒子間距離的變化而變化，但斥力勢能與引力勢能與距離的關(guān)系不同，因此必然會出現(xiàn)在某一距離能與引力勢能與距離的關(guān)系不同，因此必然會出現(xiàn)在某一距離范圍內(nèi)引力勢能占優(yōu)，而在另一范圍內(nèi)斥力勢能占優(yōu)。范圍內(nèi)引力勢能占優(yōu)，而在另一范圍內(nèi)斥力勢能占優(yōu)。u加入電解質(zhì)，對引力勢能影響不大，但對斥力勢能影響卻明加入電解質(zhì)，對引力勢能影響不大，但對斥力勢能影響卻明顯。所以，電解質(zhì)的加入會導(dǎo)致系統(tǒng)總勢能發(fā)生變化?？刂齐婏@。所以，電解質(zhì)的加入會導(dǎo)致系統(tǒng)總勢能發(fā)生變化。控制電解質(zhì)種類和濃度，可使系統(tǒng)相對穩(wěn)定或發(fā)生凝聚。解質(zhì)種類和濃度，可使系統(tǒng)相對穩(wěn)定或發(fā)生凝聚。雙

35、電層示意圖，斯特恩模型雙電層示意圖，斯特恩模型DLVO理論分散相微粒間的勢能分布理論分散相微粒間的勢能分布穩(wěn)定性和凝聚性的控制穩(wěn)定性和凝聚性的控制 在市局的凝聚結(jié)合的不定形耐火材料中，在市局的凝聚結(jié)合的不定形耐火材料中，穩(wěn)定穩(wěn)定性性和和凝聚性凝聚性都需要，必須進(jìn)行很好地控制。都需要，必須進(jìn)行很好地控制。 為便于施工和獲得良好的使用性能，需添加合為便于施工和獲得良好的使用性能，需添加合適的適的分散劑和緩凝劑分散劑和緩凝劑以獲得良好的穩(wěn)定性，從而以獲得良好的穩(wěn)定性，從而使細(xì)粉尤其是超細(xì)粉能很好地分散，并盡量避免使細(xì)粉尤其是超細(xì)粉能很好地分散，并盡量避免固體和液體之間的偏析。固體和液體之間的偏析。

36、施工后，希望施工體盡快凝結(jié)和硬化，這就需施工后，希望施工體盡快凝結(jié)和硬化，這就需要凝聚。為此，又需加入所謂的要凝聚。為此，又需加入所謂的遲效促凝劑遲效促凝劑以在以在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生凝聚。預(yù)期的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生凝聚。選擇和優(yōu)化結(jié)合體系須考慮的因素選擇和優(yōu)化結(jié)合體系須考慮的因素u與所加入到系統(tǒng)的材質(zhì)的相容性與所加入到系統(tǒng)的材質(zhì)的相容性u與施工方法和使用條件的適應(yīng)性與施工方法和使用條件的適應(yīng)性u施工性能（作業(yè)性）包括加水量，流動性，觸施工性能（作業(yè)性）包括加水量，流動性，觸變性，可塑性，凝結(jié)時(shí)間，粘附性（對噴射料而變性，可塑性，凝結(jié)時(shí)間，粘附性（對噴射料而言）等對環(huán)境和健康的影響言）等對環(huán)境和健康的影響u

37、對儲運(yùn)、養(yǎng)護(hù)、干燥、烘烤行為的影響對儲運(yùn)、養(yǎng)護(hù)、干燥、烘烤行為的影響u對材料物理、化學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能的影響對材料物理、化學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能的影響噴射料（噴補(bǔ)料）噴射料（噴補(bǔ)料） 水合結(jié)合水合結(jié)合硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥+ +促凝劑促凝劑CACA水泥水泥+ +促凝劑促凝劑 化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合H H3 3POPO4 4+ +硬化劑硬化劑Al(HAl(H2 2PO4)PO4)3 3+ +硬化劑硬化劑NaNa2 2OnSiOOnSiO2 2+ +硬化劑硬化劑 NaNa5 5P P3 3O O1010+ +硬化劑硬化劑(NaPO(NaPO3 3) )6 6+ +硬化劑硬化劑陶瓷陶瓷+ +粘附結(jié)合粘附結(jié)合

38、NaNa2 2B B4 4O O7 710H10H2 2O O硼砂硼砂FescaleFescale 鐵鱗鐵鱗結(jié)合粘土，結(jié)合粘土，fSiOfSiO2 2瀝青瀝青樹脂樹脂 可塑料和搗打料可塑料和搗打料 粘附結(jié)合粘附結(jié)合焦油、瀝青焦油、瀝青樹脂樹脂糖蜜糖蜜CMCCMC紙漿廢液紙漿廢液 化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合H H3 3POPO4 4，Al(HAl(H2 2PO4)PO4)3 3NaNa2 2OnSiOOnSiO2 2AlAl2 2(SO4)(SO4)3 3MgClMgCl2 2NaNa5 5P P3 3O O1010 ，(NaPO(NaPO3 3) )6 6陶瓷結(jié)合陶瓷結(jié)合結(jié)合粘土結(jié)合粘土f-SiOf-S

39、iO2 2SiOSiO2 2溶膠溶膠AlAl2 2O O3 3溶膠溶膠 涂料和火泥涂料和火泥 粘附結(jié)合粘附結(jié)合焦油、瀝青焦油、瀝青樹脂樹脂糖蜜糖蜜CMCCMC紙漿廢液紙漿廢液 化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合Al(HAl(H2 2PO4)PO4)3 3NaNa2 2OnSiOOnSiO2 2AlAl2 2(SO4)(SO4)3 3MgClMgCl2 2NaNa5 5P P3 3O O1010 ，(NaPO(NaPO3 3) )6 6陶瓷結(jié)合陶瓷結(jié)合結(jié)合粘土結(jié)合粘土 氧化物超細(xì)粉氧化物超細(xì)粉SiOSiO2 2溶膠溶膠AlAl2 2O O3 3溶膠溶膠干式搗打干式搗打/ /振動料振動料 陶瓷結(jié)合陶瓷結(jié)合 硼酐，硼

40、砂硼酐，硼砂 硼玻璃，鈉玻璃硼玻璃，鈉玻璃 金屬粉末金屬粉末 超細(xì)粉超細(xì)粉 云母、長石云母、長石縮聚結(jié)合縮聚結(jié)合樹脂（樹脂（+C+C6 6H H1212N N4 4）固體固體NaNa2 2OnSiOOnSiO2 2 固體固體H H2 2OnSiOOnSiO2 2 固體磷酸鹽固體磷酸鹽結(jié)合體系的發(fā)展結(jié)合體系的發(fā)展u純凈化的結(jié)合體系純凈化的結(jié)合體系 盡可能減少或消除由結(jié)合物帶入的雜質(zhì)成分，盡可能減少或消除由結(jié)合物帶入的雜質(zhì)成分，以提高出現(xiàn)液相的溫度以提高出現(xiàn)液相的溫度u穩(wěn)定化的結(jié)合體系穩(wěn)定化的結(jié)合體系 減少結(jié)合物在加熱過程中結(jié)合物的揮發(fā)和分減少結(jié)合物在加熱過程中結(jié)合物的揮發(fā)和分解，減少對材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)

41、生的破壞作用解，減少對材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞作用澆注料結(jié)合澆注料結(jié)合體系的進(jìn)化體系的進(jìn)化ASTM標(biāo)準(zhǔn)對澆注料的劃分標(biāo)準(zhǔn)對澆注料的劃分澆注料類型澆注料類型 澆注料中澆注料中CaOCaO含量，含量，% %傳統(tǒng)水泥結(jié)合澆注料傳統(tǒng)水泥結(jié)合澆注料 2.52.5低水泥澆注料低水泥澆注料 1.01.02.52.5超低水泥澆注料超低水泥澆注料 0.20.21.01.0無水泥澆注料無水泥澆注料 0.20.2澆注料結(jié)合方式的發(fā)展方向澆注料結(jié)合方式的發(fā)展方向化學(xué)（聚合）結(jié)合化學(xué)（聚合）結(jié)合水合結(jié)合水合結(jié)合水合結(jié)合水合結(jié)合+ +凝聚結(jié)合凝聚結(jié)合凝聚結(jié)合凝聚結(jié)合AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2系材質(zhì)系材質(zhì)A

42、lAl2 2O O3 3-MgO-MgO系材質(zhì)系材質(zhì)CaOCaO SiO SiO2 2凝聚結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)凝聚結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)u由結(jié)合劑引入的雜質(zhì)下降甚至無雜質(zhì)，導(dǎo)致高溫由結(jié)合劑引入的雜質(zhì)下降甚至無雜質(zhì)，導(dǎo)致高溫性能改善；性能改善；u不生成大量含結(jié)構(gòu)水的水化產(chǎn)物，揮發(fā)和分解成不生成大量含結(jié)構(gòu)水的水化產(chǎn)物，揮發(fā)和分解成份少，有利于受熱后結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的保持；份少，有利于受熱后結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的保持；u超細(xì)粉的表面活性高，有利于提高低、中和高溫超細(xì)粉的表面活性高，有利于提高低、中和高溫的結(jié)合強(qiáng)度，降低燒結(jié)溫度；的結(jié)合強(qiáng)度，降低燒結(jié)溫度；u超細(xì)粉分散后可填充更細(xì)小的空間，有利于減水、超細(xì)粉分散后可填充更細(xì)小的空間，有利于

43、減水、改善流動性、提高致密度。改善流動性、提高致密度。AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2系澆注料系澆注料u上世紀(jì)七十年代以來，研發(fā)集中在低水泥、超低上世紀(jì)七十年代以來，研發(fā)集中在低水泥、超低水泥和無水泥化上；水泥和無水泥化上；u要限制鋁酸鈣水泥（要限制鋁酸鈣水泥（CACCAC）的加入量，避免材料）的加入量，避免材料內(nèi)部低熔點(diǎn)相得生成，降低內(nèi)部低熔點(diǎn)相得生成，降低CaOCaO的不利影響；的不利影響；u對于高熱態(tài)強(qiáng)度，要形成莫來石結(jié)合，水泥含量對于高熱態(tài)強(qiáng)度，要形成莫來石結(jié)合，水泥含量應(yīng)盡可能低應(yīng)盡可能低AlAl2 2O O3 3-MA-MA（MgOMgO）系澆注料）系澆注料uCACCAC是合適的結(jié)合劑，其是合適的結(jié)合劑，其CaOCaO可與可與AlAl2 2O O3 3生成生成CACA6 6高熔點(diǎn)相（高熔點(diǎn)相（18601860分解熔融）分解熔融）u要嚴(yán)格限制要嚴(yán)格限制SiOSiO2 2含量，否則熱態(tài)強(qiáng)度會急劇含量，否則熱態(tài)強(qiáng)度會急劇下降下降MgOMgO基的澆注料基的澆注料u采用采用SiOSiO2 2微粉、微粉、MgOMgO細(xì)粉和水形成細(xì)粉和水形成MgO-SiOMgO-SiO2 2-H-H2 2O O系統(tǒng)的凝聚結(jié)合系統(tǒng)的凝聚結(jié)合u受熱后，受熱后，SiOSiO2 2與與MgOMgO反應(yīng)生成反應(yīng)生成M M2 2S S高熔點(diǎn)相高熔點(diǎn)相（18901890）M