I. Principi pripreme niskocementnih lijevaka
Priprema odniskocementne vatrostalne ljevinetrebali bi uzeti "smanjenje sadržaja cementa, optimiziranje mikrostrukture i poboljšanje performansi pri visokim-temperaturama" kao temeljne ciljeve i strogo slijediti sljedeća četiri načela kako bi se osigurala njegova obradivost i stabilnost u radu:
1. Princip optimizacije gradiranja čestica
Klasifikacija čestica osnova je za određivanje nasipne gustoće, poroznosti i čvrstoće betona. Mora slijediti "teoriju najbližeg pakiranja" i obično usvojiti tri-razinu ili četiri-razinu ocjenjivanja:
1) Grubi agregat (5-15mm): čini 30%-45%, uglavnom igra ulogu potpore kostura, a moraju se odabrati sirovine s dobrom kemijskom stabilnošću i niskim koeficijentom toplinske ekspanzije (kao što je boksit s visokim sadržajem glinice, korund) kako bi se izbjeglo strukturno pucanje zbog promjena volumena na visokim temperaturama;
2) Srednji agregat (1-5 mm): čini 20%-30%, popunjava praznine između grubih agregata, poboljšava fluidnost materijala i mora odgovarati sastavu grubih agregata kako bi se smanjile reakcije međusklopa;
3) Fini prah (0,074-1 mm): čini 15%-25%, dodatno popunjavajući praznine između agregata i poboljšavajući gustoću. Veličinu čestica finog praha treba kontrolirati unutar razumnog raspona. Pregrubi prah lako će dovesti do labavog slaganja, dok će prefini prah povećati potrebu za vodom;
4) Mikro prah (<0.074mm): accounts for 5%-15%, including mineral micro powder (such as silica fume, alumina micro powder) and cement clinker micro powder. It is the key to achieving "low cement". Through the ball effect of micro powder and the reaction with volcanic ash, the cement dosage is reduced and the strength is improved.
2. Princip precizne kontrole doziranja cementa
Doza cementa (uglavnom aluminatnog cementa) niskocementnih vatrostalnih betona obično je manja ili jednaka 8% (maseni udio). Mora se pronaći ravnoteža između "smanjenog doziranja" i "osiguranja izgradnje i rane čvrstoće":
(1) Minimalna učinkovita doza: Odredite dozu cementa prema namjeni lijevanog materijala (npr.. 5%-7% za obloge peći na visokim-temperaturama, 7%-8% za cjevovode na niskim-temperaturama), izbjegavajući prekomjerno doziranje koje će rezultirati stvaranjem kalcijevih aluminata s niskim talištem (npr. CA6, C12A7) na visokim temperaturama, što će smanjiti vatrostalnost;
(2) Sinergija s mikroprahom: Pucolanskom reakcijom pare silicijevog dioksida i mikropraha aluminijevog oksida, oni se spajaju s proizvodima hidratacije cementa (npr. CAH10, C2AH8) kako bi formirali stabilni C-A-S-H gel ili stupčaste kristale CA6, nadoknađujući gubitak čvrstoće uzrokovan smanjenjem doze cementa.
3. Načelo ravnoteže između potrebe za vodom i fluidnosti
Potreba za vodom izravno utječe na gustoću, poroznost i obradivost betona i treba je kontrolirati unutar najnižeg razumnog raspona (obično 5%-8%):
(1) Smanjite potrebu za vodom: dodavanjem visoko{1}}učinkovitih reduktora vode (kao što su polikarboksilne kiseline i naftalenska serija), smanjuje se privlačnost između čestica, postiže se visoka fluidnost pri niskom sadržaju vode i izbjegava se stvaranje pora nakon pretjeranog isparavanja vode;
(2) Prilagodba fluidnosti: Prilagodite fluidnost prema metodi konstrukcije (kao što je pumpanje i vibracije). Ekspanzija dizanih materijala mora biti veća ili jednaka 250 mm, a ekspanzija vibriranih materijala mora biti veća ili jednaka 200 mm. U isto vrijeme izbjegavajte prekomjerni protok koji uzrokuje raslojavanje agregata.
4. Načela kontrole stabilnosti volumena
Niskocementni vatrostalni betoni skloni su promjenama volumena tijekom zagrijavanja zbog promjene faza i razgradnje proizvoda hidratacije. To zahtijeva odabir sirovina i kontrolu aditiva:
(1) Kompenzacija ekspanzije sirovog materijala: Dodajte odgovarajuću količinu ekspanzionog sredstva (kao što je kijanit i silimanit, koji se pretvaraju u mulit na visokoj temperaturi i ekspandiraju za 10%-15%) kako bi se nadoknadilo skupljanje uzrokovano razgradnjom produkata hidratacije cementa (kao što je CAH10 koji se raspada u C2AH8 na 100-200 stupnjeva, s volumenskim skupljanjem od oko 10%);
(2) Optimizacija mikrostrukture: kroz punjenje mikroprahom i usmjereni rast kristala (kao što je preplitanje stupčastih kristala CA6), labava struktura tijekom zagrijavanja se smanjuje i stabilnost volumena se poboljšava. Obično se zahtijeva da se linearna stopa promjene nakon pečenja na 1100 stupnjeva kontrolira unutar ±0,5%.
2. Ključne sirovine koje utječu na performanse niskocementnih lijevaka
Učinkovitost ni-cementnih lijevaka (vatrostalnost, čvrstoća, stabilnost na toplinske udare i otpornost na koroziju) određena je kemijskim sastavom, mineralnom strukturom i raspodjelom veličine čestica sirovina. Osnovne sirovine mogu se podijeliti u pet kategorija:
1. Vatrostalni agregat: određuje vatrostalnu osnovu i čvrstoću skeleta lijevanog kamena.
Vatrostalni agregat čini 60%-75% i "kostur" je lijevanog kamena. Njegova izvedba izravno određuje vatrostalnost i nosivost lijevanog materijala na visoke temperature:
(1) Visok-agregat glinice (Al₂O₃ veći ili jednak 70%) Sastav i performanse: Glavne komponente su korund i mulit, vatrostalnost veća ili jednaka 1770 stupnjeva, tlačna čvrstoća na sobnoj temperaturi veća ili jednaka 100MPa, tlačna čvrstoća na visokoj temperaturi (1400 stupnjeva) veća ili jednaka 50MPa; Primjenjivi scenariji: obloge peći srednje i visoke temperature (kao što je zona pečenja cementne rotacijske peći, metalurška peć za grijanje), potrebno je izbjegavati prekomjerne nečistoće (kao što su Fe₂O₃, TiO₂) kako bi se spriječilo stvaranje faza niske točke tališta (kao što je FeO·Al₂O₃, talište 1250 stupnjeva);
(2) Korundni agregat (Al₂O₃ veći ili jednak 90%): Sastav i izvedba: uglavnom -korund, gusta struktura, vatrostalnost veća ili jednaka 1850 stupnjeva, otpornost na koroziju (kao što je otpornost na koroziju rastaljenog čelika i troske) bolja je od visoko-aluminijevog agregata; Primjenjivi scenariji: okolina ultra-visoke temperature (kao što je željezno korito visoke peći za čelik i peći za taljenje obojenih metala), potrebno je kontrolirati raspodjelu veličine čestica agregata kako bi se izbjegao prekomjerni grubi agregat koji uzrokuje smanjenje stabilnosti na toplinski udar.
2. Vatrostalni mikroprah: mikroprah jezgre za postizanje "niskog cementa" i performansi
poboljšanje iznosi 5%-15%, što je ključ za razlikovanje niskocementnih vatrostalnih betona od običnih betona. Uglavnom uključuje:
(1) Alumina micropowder (Al₂O₃≥99%, D50=1-5μm): Mechanism of action: reacts with cement hydration products to form CA6 crystals, improving high-temperature strength; fills the gaps between aggregates and reduces porosity (can reduce apparent porosity from 18% to below 12%); Performance impact: Increasing the amount of micropowder can improve refractoriness, but excessive amount (>15%) će povećati potražnju za vodom i potrebno ga je koristiti s reduktorom vode;
(2) Silicij dioksid (SiO₂ veći ili jednak 90%, D50=0.1-0.5μm): Mehanizam djelovanja: ima visoku pucolansku aktivnost i reagira s Ca(OH)₂ proizvedenim hidratacijom cementa u obliku C-S-H gela, koji poboljšava ranu čvrstoću. Njegove kuglaste čestice mogu smanjiti unutarnje trenje u materijalu i poboljšati fluidnost. Mjere opreza: Količina upotrijebljene silike mora se kontrolirati (obično 3%-8%). Prekomjerna uporaba uzrokovat će stvaranje velike količine stakla niske-ta-točke (kao što je CaO-SiO₂-Al₂O₃ staklo, talište<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Vezivo: ključ za osiguravanje obradivosti i razvoja čvrstoće.
Vezivo nisko{0}}cementnih betona je uglavnom aluminatni cement, dopunjen kemijskim vezivanjem finog praha. Njegova izvedba utječe na vrijeme stvrdnjavanja i čvrstoću lijevanog materijala:
(1) Aluminatni cement (CA-50, CA-70): Sastav i karakteristike: CA-50 sadrži 50%-60% CA (monokalcijev aluminat), ima umjereno vrijeme stvrdnjavanja (početno stvrdnjavanje veće ili jednako 45 min, konačno stvrdnjavanje manje ili jednako 10h) i visoku ranu čvrstoću (1d tlačna čvrstoća veća ili jednaka 20 MPa); CA-70 sadrži više od ili jednako 70% CA, ima veću početnu čvrstoću, ali se brže stvrdnjava i treba ga koristiti s usporivačem; Utjecaj na učinkovitost: Sadržaj CaO u cementu izravno utječe na vatrostalnost. Za svakih 1% povećanja CaO, vatrostalnost se smanjuje za oko 15-20 stupnjeva. Stoga treba odabrati cement s niskim sadržajem CaO (CA-70 CaO manje od ili jednako 22%);
(2) Usporivači/ubrzavači stvrdnjavanja: usporivači stvrdnjavanja (kao što su limunska kiselina i vinska kiselina, dodane u količini od 0,05%-0,2%) produžuju vrijeme stvrdnjavanja i prikladni su za-transport na velike udaljenosti ili-izlijevanje velikih količina. Ubrzivači stvrdnjavanja (kao što su Li₂CO3 i CaCl₂, dodani u količini od 0,01%-0,05%) skraćuju vrijeme stvrdnjavanja i prikladni su za građevinska okruženja s niskom temperaturom (kao što je zimska gradnja). Međutim, treba izbjegavati pretjeranu upotrebu jer može smanjiti snagu.
4. Reduktor vode: Glavni aditiv za balansiranje potrebe za vodom i fluidnosti
Reduktor vode je ključ za postizanje "niske količine vode i visokog protoka" u niskocementnim vatrostalnim betonima. Količina dodatka je obično 0,1%-0,5%:
(1) Reduktor vode na bazi polikarboksilne kiseline: Prednosti: Visoka stopa smanjenja vode (do 30%-40%), dobro zadržavanje slijeganja (gubitak ekspanzije unutar 1 sata Manje od ili jednako 20 mm), dobra kompatibilnost s aluminatnim cementom i neće uzrokovati pretjerano usporavanje; Utjecaj na performanse: Može smanjiti potrebu za vodom za 2-3 postotna boda, povećati tlačnu čvrstoću lijevanog materijala nakon pečenja na 1100 stupnjeva za 15%-20%, i smanjiti prividnu poroznost za 3-5 postotnih bodova;
(2) Naphthalene water reducer: Features: Medium water reduction rate (20%-25%), low price, suitable for scenes with low fluidity requirements; Note: The dosage needs to be controlled. Excessive dosage (>0,5%) uzrokovat će raslojavanje lijevanog sloja ili gubitak čvrstoće.
5. Funkcionalni dodaci: reguliranje stabilnosti volumena i posebna svojstva
(1) Sredstvo za ekspanziju (kijanit, silimanit): Funkcija: na visokoj temperaturi (1100-1400 stupnjeva), pretvara se u mulit, širi se za 10%-15%, nadoknađuje skupljanje lijevanog materijala i izbjegava pucanje; doziranje: obično 3%-5%, prekomjerno doziranje će dovesti do prekomjernog povećanja volumena i stvoriti unutarnji stres;
(2) Anti{1}}sredstvo protiv eksplozije (metalni aluminijski prah, količina dodatka 0,1%-0,3%): - Funkcija: tijekom procesa zagrijavanja (200-600 stupnjeva), polako oksidira stvarajući Al₂O₃, oslobađa malu količinu plina, ispušta slobodnu vodu unutar niskocementnih vatrostalnih lijevaka i sprječava pucanje strukture zbog brzog isparavanje vode na visokoj temperaturi;
(3) Stabilizator toplinskog šoka (silicijev karbid, silicijev nitrid, dodana količina 5%-10%): Funkcija: Iskoristi karakteristike niske ekspanzije silicij karbida (koeficijent toplinskog širenja 4,5×10⁻⁶/ stupanj) i silicij nitrida (koeficijent toplinskog širenja 3,2×10⁻⁶/ stupanj ) za smanjenje toplinskog naprezanja lijevanog materijala i poboljšanja stabilnosti na toplinski udar (obično se broj vodom hlađenih toplinskih šokova može povećati od 10 puta do više od 20 puta).
