浅谈耐火混凝土制品

赵文海  重庆市建筑科学研究院  

                    安居第  重庆市源进窑炉设备制造有限公司     

赵镇魁  重庆市建筑材料设计研究院          

耐火混凝土是一种不定形的浇注料，它是一种具有很强生命力的耐火材料。由耐火混凝土制成的制品，同烧结耐火砖相比，它的优点是：制作工艺简单，使用方便，便于形状复杂制品的成型，成本低，其使用寿命有的与烧结耐火砖相近，有的比烧结耐火砖还长。这种材料可用于窑炉内层，亦可用于窑车的顶面层。

根据其表面密度不同，可分为普通耐火混凝土和轻质耐火混凝土。而普通耐火混凝土又根据其所用胶结料的不同可分为以下几种类型：

（1）水硬性耐火混凝土：如硅酸盐水泥耐火混凝土、矾土水泥耐火混凝土和低钙铝酸盐水泥耐火混凝土等。

（2）气硬性耐火混凝土：如水玻璃耐火混凝土等。

（3）火硬性耐火混凝土：如磷酸耐火混凝土等。

1、水硬性耐火混凝土

（1）水硬性耐火混凝土的组成材料和使用范围

   烧结砖瓦工业的窑体和窑车常用以水泥为胶结材料的水硬性耐火混凝土，它是由各种水泥掺入不同数量的耐火掺合料和耐火骨料组成。它的组成材料和使用范围如表1所示。

表1  水硬性耐火混凝土的组成材料和使用范围

（2）水硬性耐火混凝土组成材料配合比实例

①　甲烧结厂的窑车边框面层采用硅酸盐水泥耐火混凝土砌块，其耐火度1200℃，配合比如表2所示。

表2   耐火度小于等于1200℃配合比

②　乙窑炉公司用于窑车面层的硅酸盐水泥耐火混凝土，其耐火度1250℃，配合比如表3所示。

表3   耐火度小于等于1250℃配合比

③　丙窑炉公司用于焙烧窑投煤孔的矾土水泥耐火混凝土，其耐火度1300℃，配合比如表4所示。

表4   耐火度小于等于1300℃配合比

（3）水硬性耐火混凝土制品的烘烤

  有些砖厂在热工设备上使用了以水泥为胶结材料的耐火混凝土制品，其结论：耐火混凝土“不耐火”。其实并非如此，造成“不耐火”的原因是使用不当。须知，耐火混凝土制品成型后仅为半成品，还须经过一道烘烤程序才能使用。

    众所周知，耐火混凝土是不烧制品，因此它的内部含有较多的吸附水和结晶水，如果在高温使用前不将这些残余水分排除掉，则在使用过程中会出现制品剥落，掉片，爆炸等情况。故耐火混凝土制品在使用前均须烘烤，其目的是排除水分，使结晶在高温下稳定。以水泥为胶结料的耐火混凝土大致脱水情况如表5所示。

表5   不同温度的脱水量

    耐火混凝土在150℃左右，需要排除大量的游离水，为了使水分能均匀地蒸发，减少内外温差，故在此期间介质的流速不宜过快，且需有一定的保温时间，也就是用小火、稳火操作。

    在150~300℃阶段，因排水量仍较大，故仍需慢速升温，到350℃还需保温。

    350~600℃阶段，因需排除大部分的结晶水，而排除结晶水的过程要产生收缩并引起内部结构的变化，故在此阶段升温速度不能太快，并在600℃左右要有足够的保温时间。

烘烤的升温速度与成型工艺、制品厚薄等因素有关。制品越厚，成型水分越大，则烘烤升温速度要求越慢。

一般情况下，烘烤耐火混凝土制品的升温速度如表6所示

表6  烘烤耐火混凝土制品的升温速度

   注意：砌块厚度越大，则水分排除越困难，烘烤时间则要适当延长。烘烤时温度分布尽可能均匀，且能控制升温速度，要避免局部部位升温过快、过急现象，烘烤后要进行烘烤质量的检查。

2、气硬性耐火混凝土

     水玻璃耐火混凝土属气硬性耐火材料，它的各种材料配合比如表7所示。

表7    水玻璃耐火混凝土配合比

    水玻璃耐火混凝土在使用前，要缓慢烘烤，以排除其中水分。主要烘烤温度范围为100~300℃，烘烤后制品强度增加。

3、火硬性耐火混凝土

磷酸耐火混凝土是以磷酸盐为胶结料的火硬性耐火混凝土。

磷酸盐胶结料由磷酸或磷酸盐溶液胶结各种耐火骨料而成。其品种按胶结剂成分的不同可分为：磷酸铝胶结料、磷酸镁胶结料等。用来制作耐火混凝土和耐火胶泥。

磷酸铝胶结料是磷酸铝溶液胶结铝质、硅质等耐火骨料而成，如磷酸铝矾土胶结料、磷酸铝碳化硅胶结料等。通常需经过热处理（一般为500℃）才能凝结硬化。这种材料的耐火度较高（前者耐火度＞1770℃，后者耐火度＞1900℃），在受热状态下有较高的机械强度、良好的热稳定性和耐磨性能。可用作高温窑炉的内衬，后者常用作耐火涂料。

磷酸镁胶结料是由磷酸镁溶液胶结镁质、铝质、硅质等耐火骨料而成，如磷酸镁尖晶石胶结料、磷酸镁刚玉胶结料等。不需要热处理，在常温下即能凝结硬化。这种材料的耐火度较高，在高温下的胶结能力较强，有良好的隔热和抗冲击性能。

磷酸耐火混凝土由各种耐火骨料、掺合料和促凝剂用磷酸加以调试，经硬化作用而形成的耐火材料（如不加促凝剂，则要经过350℃以上的热处理后才能硬化固结）。

磷酸耐火混凝土是优质耐火材料，不仅耐火度高，而且耐磨性、高温韧性强，热稳定性好。

磷酸耐火混凝土的各种材料配合比如表8所示。

表8   磷酸耐火混凝土配合比

磷酸耐火混凝土在使用前应进行烘烤，在烘烤过程的不同温度下，胶结料经过多次脱水，产生晶型转变和聚合作用，最后由于AlPO₄的无机聚合作用，形成链状无机高分子结构，从而使磷酸耐火混凝土有良好的高温性能。当温度升到300℃以上时，氧化磷开始升华。磷酸耐火混凝土的化学结合水在100~800℃范围内被排除。因化学结合水的排除是逐渐的，所以不致使混凝土的强度遭受损失，而且使混凝土逐步由磷酸盐结合过渡到陶瓷结合。

磷酸盐耐火混凝土制品，如果进行600℃以上的必要的热处理后，能使制品的结构强度稳定，并可长期存放。使用时无需进行再烘烤。制品的烘烤以10~20℃/h速度升温至300℃，保温12h以上，再以30~40℃/h速度升温至500~600℃，保温10h以上。但是，总的来说还得根据制品大小、成型工艺、烘烤方式来决定升温和保温时间的长短。

主要参考资料：

1、赵镇魁  《烧结砖瓦生产应知应会600问》  北京，中国建材工业出版社2013