I. Principios de preparación de hormigones bajos en cemento.
la preparación dehormigones refractarios de bajo cementodebe tomar como objetivos principales "reducir el contenido de cemento, optimizar la microestructura y mejorar el rendimiento a altas temperaturas-y seguir estrictamente los siguientes cuatro principios para garantizar que tenga tanto trabajabilidad como estabilidad en servicio:
1. Principio de optimización de la clasificación de partículas
La clasificación de partículas es la base para determinar la densidad aparente, la porosidad y la resistencia de los moldes. Debe seguir la "teoría del embalaje más cercano" y normalmente adoptar un diseño de clasificación de tres-o cuatro-niveles:
1) Agregado grueso (5-15 mm): representa del 30% al 45%, desempeña principalmente una función de soporte del esqueleto y se deben seleccionar materias primas con buena estabilidad química y bajo coeficiente de expansión térmica (como bauxita con alto contenido de alúmina y corindón) para evitar el agrietamiento estructural debido a cambios de volumen a altas temperaturas;
2) Agregado medio (1-5 mm): representa del 20% al 30%, llena los espacios entre los agregados gruesos, mejora la fluidez del material y debe coincidir con la composición de los agregados gruesos para reducir las reacciones de la interfaz;
3) Polvo fino (0,074-1 mm): representa del 15% al 25%, llenando aún más los espacios entre los agregados y mejorando la densidad. El tamaño de las partículas del polvo fino debe controlarse dentro de un rango razonable. Un polvo demasiado grueso provocará fácilmente un apilamiento suelto, mientras que un polvo demasiado fino aumentará la demanda de agua;
4) Micropolvo (<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. Principio de control preciso de la dosificación de cemento.
La dosis de cemento (principalmente cemento de aluminato) de los moldeables refractarios con bajo contenido de cemento suele ser inferior o igual al 8% (fracción de masa). Se debe lograr un equilibrio entre "reducir la dosis" y "garantizar la construcción y la resistencia temprana":
(1) Dosis mínima efectiva: Determine la dosis de cemento de acuerdo con el propósito del moldeable (por ejemplo, . 5%-7% para revestimientos de hornos de alta-temperatura, 7%-8% para tuberías de baja-temperatura), evitando una dosificación excesiva que resultará en la formación de aluminatos de calcio de bajo punto de fusión (por ejemplo, CA6, C12A7) a altas temperaturas, lo que reducirá refractariedad;
(2) Sinergia con el micropolvo: a través de la reacción puzolánica del micropolvo de sílice y alúmina, se combinan con productos de hidratación del cemento (por ejemplo, CAH10, C2AH8) para formar un gel estable de C-A-S-H o cristales columnares de CA6, compensando la pérdida de resistencia causada por la reducción en la dosis de cemento.
3. Principio de equilibrio entre demanda de agua y fluidez
La demanda de agua afecta directamente la densidad, la porosidad y la trabajabilidad de los hormigones y debe controlarse dentro del rango razonable más bajo (normalmente entre un 5% y un 8%):
(1) Reducir la demanda de agua: al agregar reductores de agua de alta-eficiencia (como ácidos policarboxílicos y series de naftaleno), se reduce la atracción entre partículas, se logra una alta fluidez con un bajo contenido de agua y se evita la formación de poros pasantes después de una evaporación excesiva del agua;
(2) Adaptación de la fluidez: ajuste la fluidez según el método de construcción (como bombeo y vibración). La expansión de los materiales bombeados debe ser mayor o igual a 250 mm y la expansión de los materiales vibrados debe ser mayor o igual a 200 mm. Al mismo tiempo, evitar un flujo excesivo que provoque la estratificación de los agregados.
4. Principios de control de estabilidad del volumen.
Los moldes refractarios con bajo contenido de cemento son propensos a cambios de volumen durante el calentamiento debido al cambio de fase y la descomposición de los productos de hidratación. Esto requiere selección de materia prima y control de aditivos:
(1) Compensación de expansión de la materia prima: agregue una cantidad adecuada de agente de expansión (como cianita y silimanita, que se convierten en mullita a alta temperatura y se expanden entre un 10 % y un 15 %) para compensar la contracción causada por la descomposición de los productos de hidratación del cemento (como CAH10 que se descompone en C2AH8 a 100-200 grados, con una contracción de volumen de aproximadamente el 10 %);
(2) Optimización de la microestructura: mediante el llenado de micropolvo y el crecimiento direccional del cristal (como el entrelazado de cristales columnares CA6), se reduce la estructura suelta durante el calentamiento y se mejora la estabilidad del volumen. Generalmente se requiere que la tasa de cambio lineal después de disparar a 1100 grados se controle dentro de ±0,5%.
2. Materias primas clave que afectan el rendimiento de los hormigones con bajo contenido de cemento
El rendimiento de los moldeables con bajo contenido de cemento-(refractario, resistente, estable al choque térmico y resistente a la corrosión) está determinado por la composición química, la estructura mineral y la distribución del tamaño de las partículas de las materias primas. Las materias primas principales se pueden dividir en cinco categorías:
1. Agregado refractario: determina la base refractaria y la resistencia del esqueleto del moldeable.
El agregado refractario representa el 60%-75% y es el "esqueleto" del moldeable. Su rendimiento determina directamente la refractariedad y la capacidad de carga a altas temperaturas del moldeable:
(1) Agregado con alto contenido de -alúmina (Al₂O₃ mayor o igual a 70%) Composición y rendimiento: Los componentes principales son corindón y mullita, refractariedad mayor o igual a 1770 grados, resistencia a la compresión a temperatura ambiente mayor o igual a 100 MPa, resistencia a la compresión a alta temperatura (1400 grados) mayor o igual a 50 MPa; Escenarios aplicables: Revestimientos de hornos de temperatura media y alta (como zona de cocción de horno rotatorio de cemento, horno de calentamiento metalúrgico), es necesario evitar impurezas excesivas (como Fe₂O₃, TiO₂) para evitar la formación de fases de bajo punto de fusión (como FeO·Al₂O₃, punto de fusión 1250 grados);
(2) Agregado de corindón (Al₂O₃ mayor o igual a 90%): Composición y rendimiento: Principalmente -corindón, estructura densa, refractariedad mayor o igual a 1850 grados, resistencia a la corrosión (como la resistencia al acero fundido y la corrosión de la escoria) es mejor que el agregado con alto contenido de -alúmina; Escenarios aplicables: En entornos con temperaturas ultra-altas (como la cubeta de hierro de un alto horno de acero y un horno de fundición de metales no-ferrosos), es necesario controlar la distribución del tamaño de las partículas del agregado para evitar que el agregado grueso excesivo cause una disminución en la estabilidad del choque térmico.
2. Micropolvo refractario: el micropolvo central para lograr un rendimiento y "bajo cemento"
la mejora representa del 5% al 15%, que es la clave para distinguir los moldeables refractarios con bajo contenido de cemento de los moldeables ordinarios. Incluye principalmente:
(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%) aumentará la demanda de agua y debe usarse con un reductor de agua;
(2) Humo de sílice (SiO₂ mayor o igual a 90%, D50=0.1-0.5μm): Mecanismo de acción: Tiene alta actividad puzolánica y reacciona con Ca(OH)₂ producido por la hidratación del cemento para formar gel de C-S-H, que mejora la resistencia temprana. Sus partículas esféricas pueden reducir la fricción interna en el material y mejorar la fluidez. Precauciones: Se debe controlar la cantidad de humo de sílice utilizada (normalmente 3%-8%). El uso excesivo hará que el moldeable forme una gran cantidad de vidrio de bajo-punto de fusión- (como vidrio CaO-SiO₂-Al₂O₃, punto de fusión<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Aglutinante: La clave para garantizar la trabajabilidad y el desarrollo de la fuerza.
El aglutinante de los hormigones con bajo contenido de cemento-es principalmente cemento de aluminato, complementado con un enlace químico de polvo fino. Su desempeño afecta el tiempo de fraguado y la resistencia del moldeable:
(1) Cemento de aluminato (CA-50, CA-70): Composición y características: CA-50 contiene 50%-60% CA (aluminato monocálcico), tiene un tiempo de fraguado moderado (fraguado inicial mayor o igual a 45 min, fraguado final menor o igual a 10 h) y alta resistencia inicial (resistencia a la compresión 1d mayor o igual a 20 MPa); CA-70 contiene más o igual a 70 % de CA, tiene una resistencia inicial más alta, pero fragua más rápido y debe usarse con un retardador; Impacto en el rendimiento: el contenido de CaO en el cemento afecta directamente la refractariedad. Por cada aumento del 1% en CaO, la refractariedad disminuye entre 15 y 20 grados. Por lo tanto, se debe seleccionar cemento con bajo contenido de CaO (CA-70 CaO Menor o igual a 22%);
(2) Retardadores/aceleradores de fraguado: los retardadores de fraguado (como el ácido cítrico y el ácido tartárico, agregados al 0,05%-0,2%) extienden el tiempo de fraguado y son adecuados para transporte de larga-distancia o vertido de gran-volumen. Los aceleradores de fraguado (como Li₂CO₃ y CaCl₂, agregados al 0,01%-0,05%) acortan el tiempo de fraguado y son adecuados para entornos de construcción de baja temperatura (como la construcción en invierno). Sin embargo, se debe evitar el uso excesivo, ya que puede reducir la resistencia.
4. Reductor de agua: el aditivo principal para equilibrar la demanda y la fluidez del agua
El reductor de agua es la clave para lograr "bajo agua y alto flujo" en moldes refractarios con bajo contenido de cemento. La cantidad adicional suele ser del 0,1% al 0,5%:
(1) Reductor de agua con ácido policarboxílico: Ventajas: Alta tasa de reducción de agua (hasta 30% -40%), buena retención del asentamiento (pérdida de expansión en 1 hora menor o igual a 20 mm), buena compatibilidad con cemento de aluminato y no causará retardo excesivo; Impacto en el rendimiento: puede reducir la demanda de agua entre 2 y 3 puntos porcentuales, aumentar la resistencia a la compresión del moldeable después de la cocción a 1100 grados entre un 15 % y un 20 % y reducir la porosidad aparente entre 3 y 5 puntos porcentuales;
(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%) hará que el moldeable se delamine o pierda resistencia.
5. Aditivos funcionales: reguladores de la estabilidad del volumen y propiedades especiales.
(1) Agente de expansión (cianita, silimanita): Función: a alta temperatura (1100-1400 grados), se convierte en mullita, se expande entre un 10% y un 15%, compensa la contracción del moldeable y evita el agrietamiento; dosis: generalmente 3% -5%, una dosis excesiva provocará una expansión excesiva del volumen y generará tensión interna;
(2) Agente antiexplosión (polvo de aluminio metálico, cantidad agregada 0,1%-0,3%): - Función: durante el proceso de calentamiento (200-600 grados), se oxida lentamente para generar Al₂O₃, libera una pequeña cantidad de gas, descarga el agua libre dentro de los moldes refractarios con bajo contenido de cemento y evita que la estructura explote debido a la rápida evaporación del agua a alta temperatura;
(3) Estabilizador de choque térmico (carburo de silicio, nitruro de silicio, cantidad agregada 5%-10%): Función: Utilizar las características de baja expansión del carburo de silicio (coeficiente de expansión térmica 4.5×10⁻⁶/grado) y nitruro de silicio (coeficiente de expansión térmica 3.2×10⁻⁶/grado) para reducir la tensión térmica del moldeable y mejorar la estabilidad al choque térmico (generalmente el número de Los choques térmicos enfriados por agua se pueden aumentar de 10 veces a más de 20 veces).
