Вогнетривкі бетонні вироби з низьким вмістом цементу порівнюються з традиційними вогнетривкими бетонними виробами на основі алюмінатного цементу. Кількість доданого цементу в традиційних вогнетривких бетонних виробах на основі алюмінатного цементу зазвичай становить 12-20%, а кількість доданої води – 9-13%. Через велику кількість доданої води виливок має багато пор, не є щільним і має низьку міцність; через велику кількість доданого цементу, хоча можна досягти вищої нормальної та низькотемпературної міцності, міцність знижується через кристалічне перетворення алюмінату кальцію при середніх температурах. Очевидно, що введений CaO реагує з SiO2 та Al2O3 у виливі, утворюючи деякі речовини з низькою температурою плавлення, що призводить до погіршення властивостей матеріалу за високих температур.
Коли використовуються технологія надтонкого порошку, високоефективні добавки та наукова градація частинок, вміст цементу в залитку знижується до менш ніж 8%, а вміст води – до ≤7%, що дозволяє виготовити та ввести вогнетривкий залиток з низьким вмістом цементу. Вміст CaO становить ≤2,5%, а його показники ефективності зазвичай перевищують показники вогнетривких залитків на алюмінатному цементі. Цей тип вогнетривкого залитку має добру тиксотропію, тобто змішаний матеріал має певну форму та починає текти при невеликій зовнішній силі. Коли зовнішня сила знята, він зберігає отриману форму. Тому його також називають тиксотропним вогнетривким залитком. Самотекучий вогнетривкий залиток також називається тиксотропним вогнетривким залитком. Він належить до цієї категорії. Точне значення терміна «вогнетривкі залитки з низьким вмістом цементу» досі не визначено. Американське товариство випробувань та матеріалів (ASTM) визначає та класифікує вогнетривкі залитки на основі вмісту CaO.
Щільність та висока міцність є визначними характеристиками вогнетривких бетонів з низьким вмістом цементу. Це добре для покращення терміну служби та експлуатаційних характеристик продукту, але також створює проблеми з випіканням перед використанням, тобто заливання може легко статися, якщо не бути обережним під час випікання. Явище розриву корпусу може вимагати щонайменше повторного заливання або може загрожувати особистій безпеці оточуючих працівників у важких випадках. Тому різні країни також проводили різні дослідження випікання вогнетривких бетонів з низьким вмістом цементу. Основними технічними заходами є: розробка розумних кривих печі та впровадження відмінних противибухових добавок тощо, що може забезпечити плавне видалення води з вогнетривких бетонів, не викликаючи інших побічних ефектів.
Технологія ультрадисперсних порошків є ключовою технологією для вогнетривких бетонів з низьким вмістом цементу (наразі більшість ультрадисперсних порошків, що використовуються в кераміці та вогнетривких матеріалах, мають розмір від 0,1 до 10 мкм, і вони в основному функціонують як прискорювачі дисперсії та структурні ущільнювачі). Перші роблять частинки цементу високодисперсними без флокуляції, тоді як другі повністю заповнюють мікропори в заливальному тілі та підвищують міцність).
До поширених наразі типів ультрадисперсних порошків належать SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 тощо. Питома площа поверхні мікропорошку SiO2 становить близько 20 м2/г, а розмір його частинок становить приблизно 1/100 від розміру частинок цементу, тому він має хороші наповнювальні властивості. Крім того, мікропорошок SiO2, Al2O3, Cr2O3 тощо також може утворювати колоїдні частинки у воді. У присутності диспергатора на поверхні частинок утворюється перекриваючийся подвійний електричний шар, що створює електростатичне відштовхування, що долає силу Ван-дер-Ваальса між частинками та зменшує енергію на межі розділу. Це запобігає адсорбції та флокуляції між частинками; водночас диспергатор адсорбується навколо частинок, утворюючи шар розчинника, що також підвищує плинність заливки. Це також є одним із механізмів дії ультрадисперсного порошку, тобто додавання ультрадисперсного порошку та відповідних диспергаторів може зменшити споживання води вогнетривкими заливками та покращити плинність.
Затвердіння та твердіння вогнетривких бетонів з низьким вмістом цементу є результатом комбінованої дії гідратаційного та когезійного зв'язку. Гідратація та твердіння кальцієво-алюмінатного цементу - це головним чином гідратація гідравлічних фаз CA та CA2 та процес росту кристалів їхніх гідратів, тобто вони реагують з водою, утворюючи гексагональну лускату або голкоподібну форму CAH10, C2AH8. Продукти гідратації, такі як кубічні кристали C3AH6 та гелі Al2O3аq, потім утворюють взаємопов'язану сітчасту структуру конденсації-кристалізації під час процесів твердіння та нагрівання. Агломерація та зв'язування відбуваються завдяки тому, що активний ультратонкий порошок SiO2 утворює колоїдні частинки при зустрічі з водою та зустрічається з іонами, які повільно дисоціюються від доданої добавки (тобто електролітної речовини). Оскільки поверхневі заряди цих двох речовин протилежні, тобто колоїдна поверхня адсорбує протиіони, що призводить до появи £2. Потенціал зменшується, і конденсація відбувається, коли адсорбція досягає "ізоелектричної точки". Іншими словами, коли електростатичне відштовхування на поверхні колоїдних частинок менше за їхнє притягання, виникає когезійне зчеплення за допомогою сили Ван-дер-Ваальса. Після конденсації вогнетривкого ливарного матеріалу, змішаного з порошком кремнезему, групи Si-OH, що утворюються на поверхні SiO2, висушуються та зневоднюються, утворюючи місток, утворюючи силоксанову (Si-O-Si) сітчасту структуру, тим самим тверднучи. У силоксановій сітчастій структурі зв'язки між кремнієм та киснем не зменшуються зі збільшенням температури, тому міцність також продовжує зростати. Водночас, за високих температур, сітчаста структура SiO2 реагує з Al2O3, що знаходиться в ній, утворюючи муліт, що може покращити міцність за середніх та високих температур.
Час публікації: 28 лютого 2024 р.
