影响轻质耐火混凝土性质的几种材料

耐火混凝土是用骨料(耐火粒料)和掺和料(耐火粉状料)制成的耐火度在1580°C以上能长期承受高温作用的混凝土。一般将耐火度低于1580°C的混凝土称为耐热混凝土。根据体积密度不同分为普通耐火混凝土和轻质耐火混凝土两种，将骨料、掺和料加适当比例的胶结料和水调成糊稠泥浆，经捣打或浇注在模型中凝结硬化，制成预制块。同耐火砖相比，耐火混凝土的优点是工艺简单，取消了复杂的烧成工序，使用方便，具有可塑性和整体性，便于复杂制品的成型，成本低，筑炉施工可机械化，使用寿命可与耐火砖相近。目前已用于蓄热室墙、烟道、煤气发生炉炉盖、退火窑窑顶和锡槽槽体等部位。

轻质隔热耐火混凝土是由轻质耐火骨料和掺和料与胶结材料制备的不定形绝热材料，通常采用浇注法施工，有时也采用喷射、喷涂法施工，因而又称为轻质耐火浇注料和轻质耐火喷涂料或轻质不定形耐火材料。由于轻质隔热耐火混凝土具有施工方便和迅速，特别是对于形状结构复杂的内衬，施工较容易，并有节约能源等许多优点，现已被广泛用作许多高温工程的隔热材料。轻质耐火混凝土通常按其所用轻质骨料命名，如膨胀蛭石混凝土、膨胀珍珠岩混凝土等。轻质耐火混凝土的性能主要取决于轻质骨料和胶结材料的性能。

(1)轻质耐火骨料

选用轻质骨料配制轻质隔热耐火混凝土主要取决于混凝土的使用温度，一般在800〜1000°C以下使用时，采用膨胀蛭石、膨胀珍珠岩或硅藻土;在1100〜1400°C的温度范围内使用时，采用轻质黏土骨料;在更高的温度下使用时，采用氧化铝空心球等高级隔热骨料。

(2)胶结材料

轻质隔热耐火混凝土通常使用铝酸盐水泥、水玻璃和磷酸盐作胶结材料，胶结材料的性质对轻质隔热耐火混凝土有很大影响。

(3)轻质隔热耐火混凝土的热导率

轻质隔热耐火混凝土的热导率取决于轻质骨料的种类，胶结材料和容重等因素。图1示出了各种轻质隔热耐火混凝土的热导率与温度的关系。在实际应用中，由于轻质隔热耐火混凝土内衬断面上存在着温度梯度，在不同的部位发生不同的物理化学变化，因而影响热导率。

图1 轻质隔热耐火混凝土的高温热导率

注：1-矾土水泥黏土质耐火混凝土;2-磷酸高铝质耐火混凝土;3-矾土水泥珍珠岩耐火混凝土(容重为500~650kg/m3);4-矾土水泥珍珠岩轻质砂耐火混凝土(容重为1050kg/m3);5-纯铝酸钙水泥氧化铝空心球耐火混凝土(容重为1600kg/m3);6-磷酸加气混凝土(容重约为1200kg/m3)

如以铝酸钙水泥结合的轻质隔热耐火混凝土，在受热之前，整个内衬都是完全由水泥水化产物结合的。当对炉子开始加热时，炉衬内沿着其断面产生温度梯度。当热温度加热到480°C以上时，化学结合水开始排除;加热到980〜1090°C时，开始发生烧结和形成陶瓷结合。当炉衬内达到热平衡时，耐火混凝土内产生分带结构，如图5-29所示。第一层即靠近炉壳冷面的区域内，最高温度低于480°C，耐火混凝土仍保持原有的水化物结合状态，热导率高。第二层为脱水分解带，水化物结合和化学结合受到部分破坏，但温度仍未达到形成陶瓷结合所需的高温，由于气孔率较高，这一层的热导率变得较低。第三层为烧结带即高温带，靠近工作面端，温度超过1090°C，发生了高温化学反应和烧结作用，形成很强的陶瓷结合，这一层的热导率要比中间层的高。

图2  耐火混凝土在单面加热情况下的热导率的变化示意

注：第一层——水化物结构，高K值

第二层——水化物脱水，未形成陶瓷结合，低K值

第三层——陶瓷结合，高K值