檸檬酸在低水泥澆注料中的應用研究

張海波 張康康

（通達耐火技術股份有限公司，北京 100085）

0 前言

流動性與可施工時間是不定形耐火材料的重要性能指標，在夏季施工中，由于氣溫較高，會造成耐火澆注料可施工時間明顯縮短，因此，夏季施工中經常通過在澆注料中添加緩凝劑來延長耐火澆注料的可施工時間，而檸檬酸做為一種羥基羧酸類有機緩凝劑，是水泥結合耐火澆注料常用緩凝劑之一。

1 實驗

1.1 實驗原料及配比

實驗的基礎配方以 80 均質礬土（3～5，1～3，0～1）、碳化硅、硅灰、α-Al2O3、純鋁酸鈣水泥為主要原料，輔之以適量的三聚磷酸鈉等外加劑。

各配比檸檬酸摻量如表1所示，固定加水量為4.6%（w%），檸檬酸以外摻法加入。

表1 各配比檸檬酸摻量

1.2 試樣制備及檢測

按基礎配方與表1配制的澆注料在強制攪拌機內干混1min后加預定水量，強制攪拌3 min之后將澆注料按相應檢測標準成型，自然養護24h后脫模，除三條試樣脫模后直接測試強度外，其余試樣均經110℃烘干備用。

實驗主要測試內容包括澆注料的可施工時間、脫模試樣的強度、110℃×24h烘干、1100℃×3h和 1300℃×3h條件下熱處理后澆注料試樣的強度。其中可施工時間采用目測法，常溫抗折強度和常溫耐壓強度測試方法執行YB/T5201-1993《致密耐火材料常溫抗折強度和抗壓強度試驗方法》。

2 結果與討論

2.1 檸檬酸摻量對低水泥耐火澆注料可施工時間的影響

從圖1可以看出，本實驗中不摻加檸檬酸和僅摻加0.02%檸檬酸時，澆注料的可施工時間均為30min，可見加入0.02%的檸檬酸對澆注料可施工時間影響不大。隨著檸檬酸摻量進一步增加，澆注料的可施工時間逐漸延長，并在摻量為0.04%時達到65min，摻量繼續增加至0.05%時，澆注料的可施工時間變化不明顯。可見，適宜摻量的檸檬酸對于延長澆注料的可施工時間具有明顯效果。

圖1 檸檬酸摻量對耐火澆注料可施工時間的影響

相關文獻指出:檸檬酸能延長澆注料的可施工時間，是基于其對純鋁酸鈣水泥的緩凝作用。檸檬酸的分子結構中含有絡合物形成基（-OH，-COOH)，水泥水化形成的Ca2+為二價正離子，配位數為4，是弱的結合體，能在堿性環境中形成不穩定的絡合物。羥基在水泥水化產物的堿性介質中與游離的Ca2+生成不穩定的絡合物，在水化初期控制了液相中Ca2+的濃度，產生緩凝作用。其次，羥基、羧基均易與水分子通過氫鍵締合，再加上水分子之間的氫鍵締合作用，使水泥顆粒表面形成了一層穩定的溶劑化水膜，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，阻礙水化進行，而含羧基或羧酸鹽化合物也易與游離的Ca2+生成不溶性的鈣鹽，沉淀在水泥顆粒表面，從而延緩水泥水化速度。

2.2 檸檬酸摻量對低水泥耐火澆注料常溫抗折強度與耐壓強度的影響

圖2 檸檬酸摻量對耐火澆注料常溫抗折強度的影響

圖3 檸檬酸摻量對耐火澆注料常溫耐壓強度的影響

從圖2與圖3可以看出，隨著檸檬酸摻量的增加，脫模試樣與110℃×24h試樣的抗折強度與耐壓強度均呈現降低的趨勢，而1100℃×3h和1300℃×3h條件下熱處理的澆注料試樣的抗折強度與耐壓強度變化并不明顯，未呈現顯著降低的趨勢。相關文獻指出:檸檬酸等緩凝劑的加入延緩了純鋁酸鈣水泥中Ca等礦物的快速水化，抑制純鋁酸鈣水泥的水化過程，從而導致其水化產物CaO·Al2O3·10H2O的減少，進而導致了澆注料早期強度的降低；而在800℃以上時水泥水化形成的礦物由于結構水的脫去而被破壞，澆注料試樣強度主要已不是由水泥水化產物提供，因而加入檸檬酸的1100℃×3h和1300℃×3h熱處理的澆注料試樣的抗折強度與耐壓強度并沒有明顯降低。

3 結論

（1）在低水泥耐火澆注料中，添加適量的檸檬酸對于延長澆注料的可施工時間具有明顯的效果。

（2）在一定摻量范圍內，隨著檸檬酸摻量的逐漸增大，澆注料脫模與烘干試樣的抗折強度與耐壓強度逐漸降低。

（3）隨著檸檬酸摻量的逐漸增大，澆注料1100℃×3h和1300℃×3h熱處理試樣的常溫抗折強度與耐壓強度沒有明顯降低，變化不大。

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