CN104649689B - 一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料及制备方法，耐火浇注料包括按重量百分比计的以下组分：低温水泥3.5～50wt%；骨料30～80wt%；粉料10～55wt%；防冻型高效复合外加剂0.1～2.5wt%；膨胀剂3‑8wt%；防冻型高效复合外加剂包括无机部分和有机部分，无机部分由矿物相甲酸钙、铝酸钙、硫酸钠、亚硝酸钠组成；有机部分由木质素磺酸钙、十二烷基磺酸钠、萘磺酸甲醛缩合物、乙二醇、三乙醇胺、三聚氰胺组成。本发明的耐火浇注料在低温环境下大于‑2℃的时候不需采取保温措施和在‑10℃～‑2℃的时候只需采取简单的保温措施即可进行衬里施工。

Description

一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料及制备方法

技术领域

本发明涉及浇注料领域，更进一步说，涉及一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料及制备方法。

背景技术

对于现有水硬性耐火浇注料而言，耐火浇注料衬里施工作业的环境温度应在5～35℃之间为宜，当施工环境温度<5℃时，耐火浇注料搅拌时间延长，硬化时间推后，特别是在<0℃的严寒条件下，由于水结冰体积膨胀，导致耐火浇注料衬里结构疏松，强度下降，因此需采取如下保温措施：

（1）搅拌用水须预先加热且不得高于30℃，并防止耐火浇注料出现假凝的现象；

（2）胶结剂和骨料使用前须预先运入暖棚内存放；

（3）搅拌好的耐火浇注料在运输过程中须采取保暖措施；

（4）衬里的施工应迅速，搅拌好的浇注料应在30分钟内用完，并且保证搅拌好的衬里材料在5℃以上。

（5）衬里设备需采取搭设暖棚、通暖气等保温措施来保证衬里的施工环境温度在5℃以上。

（6）浇注料施工后到浇注料强度达到设计值的整个硬化过程，都必须采取保温措施，保证浇注料正常凝结硬化。

在5℃以下低温条件下使用现有普通耐火浇注料存在以下缺点：

（1）搅拌用水如不加热，耐火浇注料搅拌时间将大幅度延长，直接影响施工进度和施工成本，用水加热温度如超过30℃，耐火浇注料出现假凝的现象，故搅拌用水的温度须严格控制在15℃～30℃；

（2）衬里设备必须采取严格的保温措施以保证浇注料施工和衬里保护在5℃以上，否则由于水结冰体积膨胀，导致耐火衬里的结构疏松，强度下降，直接影响衬里质量。

（3）由于施工现场的条件限制，衬里设备有时无法采取有效的保温措施。

发明内容

为解决现有技术中存在的耐火浇注料不适用于低温环境的问题，本发明提供了一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料及制备方法，在低温环境下大于-2℃的时候不需采取保温措施和在-10℃～-2℃的时候只需采取简单的保温措施即可进行衬里施工。

本发明的目的之一是提供一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料。

包括按重量百分比计的以下组分：

所述防冻型高效复合外加剂包括无机部分和有机部分，

所述无机部分由矿物相甲酸钙、铝酸钙、硫酸钠、亚硝酸钠组成，其用量比为（1-2）：（0-2）：（1-3）：（1-3）；

所述有机部分由木质素磺酸钙、十二烷基磺酸钠、萘磺酸甲醛缩合物、乙二醇、三乙醇胺、三聚氰胺组成，其用量比为：（0-2）：（0-2）：（2-3）：（0-3）：（0-3）：（0-2）。

所述骨料、粉料均采用本领域通常采用的骨料和粉料；

如骨料通常为刚玉、矾土、轻质莫来石、氧化铝空心球、釉化大颗粒珍珠岩、页岩陶粒等；骨料的粒度小于5mm;

粉料通常为硅微粉、氧化铝微粉、电熔白刚玉细粉、矾土细粉、漂珠等；粉料的细度为≤180目。

膨胀剂为本领域通常采用的膨胀剂，如石英砂、叶腊石以及蓝晶石等。

为改善现有普通耐火浇注料的缺点，本发明选择了现有的耐火浇注料为基础，通过加入防冻型高效复合外加剂、低温水泥来研制可以在环境温度大于-2℃的时候不需采取保温措施和在-10℃～-2℃的时候只需采取简单的保温措施即可进行衬里施工的耐火浇注料。

（1）防冻型高效复合外加剂的引入

我们通过对不同外加剂的选择和掺入量的优选，确定了防冻型高效复合外加剂。其成分包括无机和有机两部分。无机部分引入了可以促进水泥水化硬化的矿物相和可以降低冰点的化学成分，并通过研磨按一定的比例混合而成。降低冰点的化学成分为水和水泥在低温下进行水化反应提供了先决条件，促进水泥水化硬化的矿物晶相可以起到加快水泥矿相的水解和水化反应，缩短诱导期，加快水化物相的析出，从而加快水泥硬化的效果，使耐火浇注料在低温下具有和常温相同的凝结硬化时间（初凝时间≥30分钟，终凝时间≤360分钟）；有机部分引入了木质素磺酸钙及萘磺酸甲醛缩合物等减水剂，这些成分溶水后能吸附于粒子表面，提高粒子表面的ζ电位，增大粒子间的相互斥力，拆散微粒子组成的凝集结构，同时提高了体系的PH值，故而起到了减水、分散等效果。

在温度小于0℃大于-2℃同时不引入防冻型高效复合外加剂的情况下，由于水结冰体积膨胀，导致耐火浇注料衬里结构疏松，衬里强度将下降20%左右，当温度进一步降低的时候，由于分子扩散缓慢，使得水泥的水化反应停滞，衬里无法产生强度。引入防冻型高效复合外加剂后，在温度小于0℃大于-2℃时，无需采取保温措施，耐火材料即可正常的凝结硬化，同时强度无明显变化。当温度更低时，只需采取简单的措施，如搭设暖棚、通暖气等，材料即可获得和常温条件下施工相同的理化性能。

（2）低温水泥的引入

此种水泥的主矿物相为铝酸一钙，次矿物相为七铝酸十二钙、硅铝酸二钙和钛酸钙，并且具有特定的矿物组成和特性，因此在较低的温度下，其硬化速度快并能最终获得很好的强度，温度适应性强，在＞0℃时的性能指标见表1

表1：

同时此种水泥对耐火原料和外加剂有很好的兼容性。

我们在5℃～-15℃环境温度下进行模拟试验，结果表明，低温水泥比其他铝酸盐水泥硬化速度快，更适应低温环境，其初凝时间一般为≥40min,终凝时间≤360min，同时强度也优于其他水泥。

本发明的耐火浇注料在低温环境下无需采取各种保温措施或仅采取简单的保温措施即可直接使用。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

防冻型复合外加剂的制备：

防冻型复合外加剂1号的制备：

配置原料及比例：2.8份硫酸钠、1.6份亚硝酸钠、1.6份木质素磺酸钙、2.2份萘磺酸甲醛缩合物

配置方法：按配方量将各种原料投入立式混合机或球磨机内，开机搅拌15～30分钟，出料后用内衬塑料袋的编织袋密封包装。产品保质期为1年。运输和保管时，应避免受潮，在保质期内结块后产品性能不变，可粉碎后继续使用。

防冻型复合外加剂2号的制备：

配置原料及比例：1份亚硝酸钠、1.3份硫酸钠、3份萘磺酸甲醛缩合物、0.5份十二烷基磺酸钠、0.4份木质素磺酸钙

配置方法：按配方量将各种原料投入球磨机内，并装入陶瓷球进行研磨粉碎，混合球磨30～50分钟，出料用内衬塑料袋的编织袋密封包装。产品保质期为1年。运输和保管时，应避免受潮，在保质期内结块后产品性能不变，可粉碎后继续使用。

防冻型复合外加剂3号的制备：

配置原料及比例：3份三聚氰胺、1份铝酸钙、0.7份亚硝酸钠、0.3份十二烷基磺酸钠

配置方法：按配方量将各种原料投入球磨机内，并装入陶瓷球进行研磨粉碎，混合球磨30～50分钟，出料用内衬塑料袋的编织袋密封包装。产品保质期为1年。运输和保管时，应避免受潮，在保质期内结块后产品性能不变，可粉碎后继续使用。

实施例1:

1)低温水泥:25wt%

2)骨料:40wt%

其中：釉化大颗粒珍珠岩6～3mm为25wt%

釉化大颗粒珍珠岩3～1mm为10wt%

轻质莫来石3～1mm为5wt%。

3)粉料:30wt%

其中：硅微粉为2wt%

漂珠为13wt%

氧化铝微粉为15wt%。

4）膨胀剂：叶腊石5wt%

5）防冻型高效复合外加剂2号0.65wt%

实施例1的耐火浇注料，未采取特殊的保暖措施，浇注的衬里料在24小时后正常拆模，强度发展正常。烘炉完成后，经过联合检查，发现衬里强度完全满足设计要求。烘炉后，反应器使用正常，未发现超温，过热的现象。

实施例2：

1）低温水泥：10wt%

2）骨料:62wt%

其中：电熔白刚玉3～1mm为38%

电熔白刚玉1～0mm为24%

3）粉料:25wt%

其中:硅微粉为4wt%

活性氧化铝微粉为3wt%

氧化铝微粉为9wt%

电熔白刚玉细粉为9wt%

4）膨胀剂:叶腊石3wt%

5）防冻型高效复合外加剂3号:0.26wt%

实施例3：

1）低温水泥15wt%

2）骨料:50wt%

其中：焦宝石骨料5～3mm18wt%

焦宝石骨料3～1mm14wt%

焦宝石骨料1～0mm18wt%

3）粉料：30wt%

其中：硅微粉为4.5wt%

矾土细粉800目为16.5wt%

矾土细粉180目为9wt%

4)膨胀剂:叶腊石5wt%

5)防冻型高效复合外加剂1号:0.25wt%

下面为按实施例3制备的低温使用型耐磨衬里与常温使用型耐磨衬里的对比:

（1）常温使用型耐磨衬里（在≥5℃且≤35℃下使用）与按实施例3制备的低温使用型耐磨衬里各项技术性能指标实测值进行对比，结果见下表：

由此可见按实施例3制备的低温使用型耐磨衬里在低温环境下成型硬化后，其性能指标不但没有下降，反而略高于正常温度下成型硬化的常温使用型耐磨衬里的性能指标。

（2）施工性能的比较

备注：编号1为常温使用型耐磨衬里料在环境温度为15℃下成型；编号2为常温使用型耐磨衬里在环境温度为-15℃、1000W碘钨灯照射条件下成型；编号3为按实施例3制备的低温使用型耐磨衬里在环境温度为-15℃、1000W碘钨灯照射条件下成型。

由此可见，按实施例3制备的耐火浇注料在低温环境下具有和常温使用型耐火浇注料在正常温度下相近的水化硬化速度和施工和易性。

本发明的耐火浇注料在-10℃～-2℃的低温下只需采取简单的保温措施即可进行良好的水化硬化反应，在保障其优良的理化性能的前提下，同时具有良好的施工性能，其初凝时间一般为≥50min,终凝时间≤600min可以满足正常的施工要求。

Claims (3)

1.一种适用于低温环境下施工的耐火浇注料，其特征在于所述耐火浇注料包括按重量百分比计的以下组分：

所述防冻型高效复合外加剂包括无机部分和有机部分，

所述无机部分由矿物相甲酸钙、铝酸钙、硫酸钠、亚硝酸钠组成，其用量比为(1-2)：(0-2)：(1-3)：(1-3)；

所述有机部分由木质素磺酸钙、十二烷基磺酸钠、萘磺酸甲醛缩合物、乙二醇、三乙醇胺、三聚氰胺组成，其用量比为：(0-2)：(0-2)：(2-3)：(0-3)：(0-3):(0-2)；

骨料的粒度小于5mm；

粉料的细度为≤180目。

2.一种如权利要求1所述的适用于低温环境下施工的耐火浇注料，其特征在于：

各组分的重量百分比之和为100wt％。

3.一种如权利要求1或2所述的适用于低温环境下施工的耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述方法包括：

所述组分按所述用量混合后制得。