耐火澆注料是不定型耐火材料家族中的主要和重要成員。耐火澆注料作為高溫冶煉設備的內襯,其使用效果不僅與自身性能和品質有關,而且與其施工質量密切相關。
影響施工質量的因素中,溫度是其中重要的一環。環境溫度低,會導致:
(1)澆注料流動性不理想,而澆注料流動性的好壞,直接影響到實際施工性,關系到澆注料的密實性、均勻性和施工實效;
(2)水泥的水化反應,妨礙澆注料強度的增長。而環境溫度高,會導致澆注料流動值衰減快,施工體凝結硬化快,縮短可施工時間。養護濕度同樣會對施工性能造成影響。如北方地區,在溫度高、環境相對濕度較低的環境下施工,施工體自然養護時,由于表面水分蒸發快,可使澆注料內出現負的毛細管壓力,并產生漿體體積的塑性收縮,這種體積變化可產生拉應力,有可能形成裂紋,從而破壞表面的完整性,不能有效形成坯體強度。雖然不直接造成廢品,但影響到產品的外觀和使用性能。因此,自然養護期間,根據環境濕度情況,在施工體裸露表面加蓋合適的覆蓋物,以延緩坯體水分蒸發和促進強度的發展。
溫度對澆注料流動性的影響
相對濕度恒定為70%,不同溫度養護下,該澆注料流動值衰減情況見表1和圖1。
可以看出,各個溫度下,流動值的衰減速度有所差異。低溫5℃和高溫40℃環境下,流動值衰減速度比較快,并在60min后無流動值,反映了低溫和高溫對澆注料的工作性帶來的不利影響。5℃條件下保溫30min后,混合料表現為骨料和砂漿結合脆弱,振動時兩者趨于分離,可能是低溫下,澆注料基質漿體黏度大,同時微粉的分散性不好;40℃條件下保溫60min后,混合料部分結塊,有輕度硬化的現象,應該與高溫下水泥水化速度快和水分損失較多有關。
溫度對澆注料流變性能的影響
新拌澆注料的骨料很少受環境的影響,而漿體是其組成的基體,可以說,漿體控制著澆注料的主要物理性質,而溫度變化對澆注料漿體的流變性能影響較大。試驗選取5、10、20、30和40℃五個溫度點,配置固含量為45%的基質濃分散體系,在0-200S-1循環剪切,記錄下行線表觀黏度的變化,如表2和圖2所示。
可以看出,養護溫度不同,新拌漿體的表觀黏度也有較大差異。隨著養護溫度的升高,漿體的表觀黏度呈逐漸減小的趨勢。從新拌澆注料工作性的角度考慮,表觀黏度越小,流動性也越好,工作性得到改善。表觀黏度反映了澆注料在流動中某點的流動速率,因此可用平均表觀黏度來反映澆注料在流動中的平均速率。振動流動值確實和平均表觀黏度有較好的對應關系。總體而言,流變性能越好(表現在較低的平均表觀黏度),流動性也越好(表現在較高的振動流動值)。因此,溫度越高(在實驗溫度下),澆注料流變性能越好,但要考慮不同溫度下時間因素對流變性能的影響(溫度高,流動值哀減快)。
溫度對澆注料強度的影響
在養護箱濕度恒定為70%的條件下,在各個溫度點養護后,試樣強度情況見表3和圖3。
可以看出,總體上,養護溫度越高(在實驗溫度下),烘前和烘后強度也越高。與常溫20℃下養護相比:
(1)低溫(5和10℃)下養護,試樣的脫模抗折強度和耐壓強度均較低。這是因為在低溫下,鋁酸鹽水泥的成核沉淀過程延長,水化不完全,延緩了水泥結構的形成,從而影響了澆注料的早期強度,導致24h后的脫模強度非常小;烘干后雖達到一定強度,但有明顯的強度損失。所以,要求現場低溫施工應采取措施,如添加促硬劑、早強劑,為施工體表面覆蓋保溫等。
(2)高溫(30和40℃)下養護,由于在恒定濕度下進行,對試樣的強度沒有太大影響。
濕度對澆注料流動性的影響
溫度恒定為20℃的條件下,不同相對濕度下養護,該澆注料流動值衰減情況見表4和圖4。表4不同濕度下養護澆注料的流動值衰減
圖4 不同濕度下養護澆注料的流動值衰減可以看出:恒溫20℃、不同濕度下養護,澆注料流動值的衰減速度和可工作時間有所差異。總的趨勢是濕度越高,流動值衰減越緩慢,可工作時間越長。低濕環境下,澆注料水分流失迅速,從而影響到流動性,進而縮短了可工作時間:高溫環境有利于保持澆注料的水分,延長可工作時間。
濕度對澆注料強度的影響
恒定溫度20℃,不間濕度下養護后,試樣的強度情況見表5和圖5。
可以看出,在不同的濕度環境下充分養護3d后:
(1)試樣的烘前抗折強度和耐壓強度相差不大,濕度對試樣烘前強度沒有太大影響;試驗采用致密澆注料,與輕質料相比,水分并沒有占很大的容積,且密實度較高,沒有水分的大范轉移,所以養護期間的濕度差異并沒有對試樣內部結構造成很大影響,在常溫充分養護后,均達到了一定的早期強度。
(2)試樣的烘后抗折強度和耐壓強度隨著濕度的提高呈增大的趨勢,并在相對濕度為90%。時達到最大。相對濕度最高的90%。與最低的30%。耐壓強度相差達到10MPa。在關于澆注料的若干國家標準中,養護條件很多都規定為潮濕養護,濕度不小于90%。
試樣在低濕環境下干燥,混合料表面水分損失快,在表面與內部混合料之間產生濕度差,水分的遷移會產生滲透壓;同時表面結構中的水泥未充分水化,表面強度低,嚴重時會導致表面疏松或干裂。
在高濕環境下,試樣內部濕度較均勻,水泥水化最充分,水化形成的結構較完整,強度得到了充分發展,烘干后強度達到最高。借鑒混凝土的技術經驗,現場可以采取措施以保護新澆注表面,如采用潮濕覆蓋物、不透水薄膜來保持澆注料表面濕潤等。
通過改變該澆注料養護環境的溫度和相對濕度,研究了其施工性能相應的變化,得出以下結論:
(1)低溫和高溫環境,均不利于澆注料的現場施工,表現為流動值衰減速度快,縮短了新拌料的可工作時間。
(2)隨著溫度的上升(5-40℃),澆注料基質漿體平均表觀黏度總體呈下降的趨勢,流變性變好。但要考慮不同溫度下時間因素對流變性能的影響。
(3)總體上,養護溫度越高(5-40℃),試樣烘前和烘后強度也越高。低溫環境養護后,澆注料水泥水化速率降低,導致脫模強度非常低,烘干后仍有一定的強度損失。
(4)低濕環境下,澆注料水分流失迅速,從而影響到流動性,進而縮短了可工作時間;高濕環境有利于保持澆注料的水分,延長可工作時間。
(5)相對濕度對試樣烘前強度沒有太大影響:烘后抗折強度和耐壓強度隨著濕度的提高呈增大的趨勢。
(6)綜合比較溫度和相對濕度對澆注料施工性能的影響,溫度的影響更加明顯,特別是低溫對其造成的不利影響。