新型耐火泥浆物理性能设计的5个方面
新型耐火泥浆物理性能设计主要集中在以下5个方面:
1 粘结时间与粘结强度
耐火泥浆的施工性能是较难解决的问题。过去,一般只要耐火泥浆的化学组成检测合格就判定其合格,但施工单位更关心泥浆的施工性能。这不仅是从耐火泥浆的易用性考虑,而且泥浆的施工性能对砌体质量具有很大的影响。
目前,从对耐火泥浆物理性能的规定来看,有两项指标值得重视:一是粘结时间;二是110℃干燥后冷态抗折粘结强度。粘结时间衡量的是砌筑过程中砖体的可调整时间,也间接地反映了砖缝中泥浆的饱满程度。粘结时间过短,砖块的可调整时间受到限制,砌筑质量难以保证;粘结时间过长,砌体固定时间将延长,这将影响施工进度和效率,而且增加了泥浆从砖缝中流淌的可能性。110℃干燥后冷态抗折粘结强度直接影响砌体的常温整体强度,对砌体在施工过程至烘炉前这段时间的保护很重要。泥浆干燥后强度低,承受施工中的震动和荷载后容易松散,脱落,进而产生砖缝裂纹或砖块错位。在20世纪90年代的《汇编》中,对这两项指标作了具体的规定,粘结时间一般为1~3min,110℃干燥后冷态抗折粘结强度为 0.5~2.0MPa。达到以上指标的耐火泥浆施工性能良好,砌体质量稳定。值得一提的是,在实际应用中,有实际意义的主要是热态粘结强度。但20世纪90年代的《汇编》中有烧后冷态抗折粘结强度指标。该指标高只能说明耐火泥浆在烧成温度下产生的熔融物较多,但其热态抗折粘结强度反而低。设计耐火泥浆时,应考虑这点。
2 粒度组成
根据我国标型砖尺寸设计及惯例,砖块接缝一般为1~2mm。结合其他方面的要求,对耐火泥浆中耐火粉料的粒度的规定一般有两项:一是临界粒度,二是≤0.074mm的细粉所占的比例。临界粒度太大,既不能保证砌缝宽度,也不易调整砖块的平整度。目前,临界粒度一般小于砖缝的1/4,即0.25~0.50mm。耐火泥浆的整体粒度有变细的倾向,这一方面有利于施工性能的改善,另一方面可防止颗粒偏析。
在20世纪90年代的《汇编》中,一般规定≤0.074mm的细粉的质量分数≥50%。设计耐火泥浆的粒度组成时,若能考虑耐火粉料中颗粒间的紧密堆积就更佳。
3 荷重软化温度、蠕变和耐火度
在大型高温窑炉中,某些部位的砌体承受相当大的荷载。在这种情况下,耐火泥浆的荷重软化温度和蠕变就成为结构设计的重要依据。随着技术的发展,泥浆中掺有多种添加剂,其中有些会影响到泥浆的荷重软化温度和蠕变范围,设计耐火泥浆时应将这一因素考虑进去。另外,粒度级配也会影响其荷重软化温度和蠕变。
耐火泥浆的耐火度是直观评价其耐火性能的指标,可用于评价同类材质的耐火泥浆的耐火等级。与前二者一样,该指标通常与耐火粉料的化学组成及添加剂的种类和加入量有关。
4 热膨胀和收缩
泥浆在升温过程中的膨胀或收缩对砌体的严密性和整体性影响很大。在设计泥浆的膨胀性能时,应注意其膨胀曲线应与砖体的相适应。否则,因膨胀不一致,砖与泥浆分开,甚至造成砌体发生结构性破坏。为了消除和减缓砌体整体膨胀时产生的应力,需合理考虑砌体膨胀缝的留设。为了使泥浆在使用过程中不发生过度收缩,就需要添加适量的膨胀剂。
5 其他性能
热导率是隔热(或导热)耐火泥浆的一项指标。通常采用多孔轻质耐火熟料(或热导率大的耐火熟料)代替一般耐火熟料,以降低(或提高)其热导率。也有用与之相应的普通耐火泥浆代替隔热(或导热)耐火泥浆的倾向。作为砌体膨胀缝填充材料的缓冲泥浆,其显著特点是在高温荷重下具有可压缩性,以缓冲砌体的膨胀应力。压缩率是缓冲泥浆的重要指标。由于这种泥浆在压缩前后均具有一定的高温性能,所以在大型高炉、热风炉和焦炉上均有应用,甚至用于高炉的工作面上。
根据耐火泥浆用途和使用部位的不同,其关键性能也不一样。有些性能指标在现行标准中还没考虑进去,如抗渣性、透气性、抗碱性、抗 CO性、抗冲刷性、抗氧化性等。因此,在设计、生产耐火泥浆时,也应根据不同情况加以研究。