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(jīng)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(yǎng)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(jīng)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(zhí)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(xù)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(shù)為4，是弱的結合體，能在堿性環(huán)境中形成不穩(wěn)定的絡合物。羥基在水泥水化產(chǎn)物的堿性介質中與游離的Ca2+生成不穩(wěn)定的絡合物，在水化初期控制了液相中Ca2+的濃度，產(chǎn)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(wěn)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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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