專利名稱：：用于鋁酸鹽水泥結(jié)合的不定形耐火材料的復(fù)合早強(qiáng)防凍劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及不定形耐火材料的防凍劑，主要涉及一種用于鋁酸鹽水泥結(jié)合的不定形耐火材料的復(fù)合早強(qiáng)防凍劑。
背景技術(shù)：
：冬季施工對(duì)不定形耐火材料有較大影響。以澆注料為例，環(huán)境溫度低，第一會(huì)導(dǎo)致澆注料流動(dòng)性不理想，直接影響到其實(shí)際施工性，關(guān)系到澆注料的密實(shí)性、均勻性和施工實(shí)效；第二會(huì)降低水泥的水化速率，導(dǎo)致澆注料硬化速度慢，影響施工速度。目前，耐火澆注料冬季施工主要采用加熱原材料、蓄熱保溫法、暖棚法和外部加熱法等措施使施工襯體保持一定的養(yǎng)護(hù)溫度。這樣能防止?jié)沧⒘鲜艿絻龊?，并使其在一定的養(yǎng)護(hù)條件下硬化。但是這些措施存在很多問題。例如，當(dāng)加熱原材料時(shí)，若拌合水加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致水泥產(chǎn)生假凝，也會(huì)破壞水泥成分。再如，這些方法需要耗費(fèi)大量的能源，且現(xiàn)場的濕度若控制不當(dāng)，會(huì)使襯體表面產(chǎn)生溫度收縮裂縫，影響整體質(zhì)量。借鑒混凝土行業(yè)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，冬季施工采用添加防凍劑的方法是比較簡單和經(jīng)濟(jì)的。防凍劑的作用主要包括兩個(gè)方面第一，防止材料受凍破壞。防凍劑中含有降低冰點(diǎn)的物質(zhì)，它們可以使體系中的水分在盡可能低的溫度下結(jié)冰，使體系保持有一定的液相；同時(shí)可以干擾冰晶的生長，減少凍脹應(yīng)力。第二，提高早期強(qiáng)度。摻入防凍劑后可以使材料在規(guī)定施工溫度下，最大限度地提高早期強(qiáng)度，避免受凍破壞。不定形耐火材料冬季施工使用防凍劑較為少見?；炷劣梅纼鰟┑某煞执蠖酁闊o機(jī)鹽類，例如鈉鹽，鈣鹽等。試驗(yàn)證明，這些鹽類摻入澆注料中后，由于帶入了大量無機(jī)鹽離子，導(dǎo)致澆注料的流動(dòng)性變差，而且增加拌合水用量，使?jié)沧⒘系母鞣矫嫘阅苁艿捷^大影響?！赌突饾沧⒘弦r里受凍試驗(yàn)研究》一文中，作者邸長友在石化裝置隔熱耐火澆注料中加入了普通混凝土用防凍劑，在正溫預(yù)養(yǎng)后進(jìn)行了防凍試驗(yàn)。作者選用市售TD-10型粉狀防凍劑(堿金屬類)，加入到輕質(zhì)澆注料中，室溫(16°C)成型并養(yǎng)護(hù)2h后在表面覆蓋塑料薄膜，移入-15°C的冰柜中養(yǎng)護(hù)3天，拆模后繼續(xù)常溫養(yǎng)護(hù)3天，然后進(jìn)行烘干和熱處理，測定性能。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入4%的防凍劑后，澆注料110°C烘干后的性能基本沒什么變化，但是經(jīng)過815°C處理后強(qiáng)度下降了20%左右。同時(shí)，由于防凍劑的加入，形成低共熔點(diǎn)物質(zhì)，在高溫下產(chǎn)生液相，使?jié)沧⒘系木€收縮率大幅增加。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在加入防凍劑后，由于鹽類飽和，出現(xiàn)了“鹽析”現(xiàn)象，試塊表面長出大量的“白毛”，熱處理后表皮爆裂，對(duì)于襯里質(zhì)量不利。所以，在水泥耐火澆注料中采用加入普通混凝土常用的防凍劑的辦法來進(jìn)行冬期施工是不能滿足要求的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為鋁酸鹽水泥結(jié)合的不定形耐火材料冬季施工，提供行之有效的能夠達(dá)到防凍效果和發(fā)展足夠早期強(qiáng)度的早強(qiáng)防凍劑。(一)首先解決防凍問題，兼顧到保持澆注料良好流動(dòng)性和對(duì)澆注料高溫性能影響小。具有降低冰點(diǎn)特性的物質(zhì)中，本發(fā)明選用有機(jī)組分中的乙二醇和尿素。乙二醇能與水任意比例混合，混合后由于改變了冷卻水的蒸氣壓，冰點(diǎn)顯著降低；另外，乙二醇可以改善澆注料界面結(jié)構(gòu)，有早強(qiáng)的作用。乙二醇與水混合溶液的冰點(diǎn)與乙二醇濃度的關(guān)系見表1表1乙二醇水溶液冰點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)，%|Γδ~214762032875~冰點(diǎn)，°c1OTizITi-is.ο尿素與水混合以后，也有降低水溶液冰點(diǎn)的作用。另外，尿素作為表面活性物質(zhì)，對(duì)新拌澆注料有塑化的作用，對(duì)澆注料的流動(dòng)性有利。乙二醇和尿素都屬于有機(jī)組分，它們?cè)谝欢ǖ臒崽幚頊囟葧?huì)發(fā)生分解或揮發(fā)等作用，不會(huì)發(fā)生“鹽析”現(xiàn)象，從而對(duì)澆注料襯里的性能和質(zhì)量影響較小。(二)其次解決較快發(fā)展早期強(qiáng)度問題。早強(qiáng)劑同時(shí)具有早強(qiáng)和降低冰點(diǎn)的作用。本發(fā)明加入一定量的無機(jī)早強(qiáng)劑，無機(jī)早強(qiáng)劑采用氫氧化鋰或鋁酸鈉中的一種；配合乙二醇加速水泥的水化作用，在負(fù)溫下達(dá)到促凝早強(qiáng)的作用。鋁酸鈉在水溶液中可水解為成膠態(tài)的氫氧化鋁膠體，它與鈣離子結(jié)合可形成水化物的結(jié)晶中心而加速水泥漿的凝結(jié)與硬化。氫氧化鋰在水泥漿體系中發(fā)生鹽效應(yīng)，可以增大水泥漿溶液的離子濃度，改變水泥顆粒表面的吸附層，從而提高水化礦物的溶解度，加速水泥水化進(jìn)程。兩種早強(qiáng)劑都易溶于水，且經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)本試驗(yàn)體系的鋁酸鹽水泥有明顯的促凝作用。(三)為了進(jìn)一步優(yōu)化體系，加入引氣劑和高效減水劑；引氣劑為十二烷基磺酸鈉或OP乳化劑或三萜皂苷中的一種。十二烷基磺酸鈉、OP乳化劑和三萜皂苷都屬于表面活性劑，都能在澆注料拌合過程中引入微小氣泡，這些氣泡可以減小材料間的摩擦阻力，同時(shí)產(chǎn)生一定的浮力，這就使新拌澆注料具有良好的和易性和流動(dòng)性，不容易沉降和泌水。同時(shí)，微氣孔在冰凍過程中能釋放毛細(xì)管內(nèi)的冰晶膨脹壓力，從而避免生成破壞壓力，減少和防止凍融的破壞作用，提高澆注料的抗凍性。減水劑選用有機(jī)減水劑FS20或無機(jī)減水劑三聚磷酸鈉或無機(jī)減水劑六偏磷酸鈉中的一種。這些減水劑摻入澆注料后能釋放水泥絮凝結(jié)構(gòu)中的游離水，起著粒子間的潤滑作用和分散粒子的作用，并且可以改善超細(xì)粉如硅灰的分散狀態(tài)。因此在保持作業(yè)性(流變性)不變的條件下，能使單位重量材料的拌合用水量減少，或在不改變單位用水量的條件下，改善澆注料的作業(yè)性，使?jié)沧⒘弦子谑┕こ尚?。本發(fā)明復(fù)合防凍劑的組分及用量范圍見下表；<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>體系中各組分都易溶于水，按一定比例配合成溶液后，加入澆注料中，在實(shí)現(xiàn)防凍和早強(qiáng)的同時(shí)可以改善低溫甚至負(fù)溫下的和易性和流動(dòng)性，同時(shí)對(duì)澆注料高溫下的性能影響較小。同時(shí)，該防凍劑生產(chǎn)工藝較簡單，易于自動(dòng)準(zhǔn)確稱量，適用于溫度不低于_15°C的的水泥澆注料和噴涂料等的冬季施工。具體實(shí)施例方式在如下實(shí)施例中將詳細(xì)描述關(guān)于配制本復(fù)合防凍劑和使用本防凍劑的特征和優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例的所有組分以重量構(gòu)成表示。實(shí)施例1防凍劑各組分重量構(gòu)成比為乙二醇尿素氫氧化鋰十二烷基磺酸納FS20水=1596827330313。具體配制步驟如下在40°C水浴的燒瓶中，將尿素加入200g水中，充分?jǐn)嚢?至10分鐘，待尿素充分溶解后，加入氫氧化鋰和FS20減水劑，攪拌10分鐘使其充分溶解，再依次加入乙二醇和十二烷基磺酸鈉，最后加入剩余的水，充分?jǐn)嚢?，使其均勻，即完成本防凍劑的配制，得到微渾濁的淺棕色溶液。整個(gè)過程為20至30分鐘。使用該防凍劑的試驗(yàn)過程及結(jié)果試驗(yàn)材料按照實(shí)際生產(chǎn)的礬土低水泥澆注料配方配制。為了模擬實(shí)際施工環(huán)境，將配制完成的原料及防凍劑與適量拌合水的混合溶液置于恒_5°C的養(yǎng)護(hù)箱中保溫15h，使其溫度接近試驗(yàn)的負(fù)溫。試驗(yàn)用到的攪拌機(jī)等儀器均在控制為恒_5°C的步入式高低溫試驗(yàn)室中，試驗(yàn)的攪拌成型均在試驗(yàn)室中進(jìn)行。澆注料干混1分鐘后，加防凍劑與水的混合液攪拌4.5分鐘，然后澆注于40mmX40mmX160mm的三聯(lián)模。成型后的試樣置于恒_5°C的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)48小時(shí)后脫模，脫模后試塊經(jīng)110°C烘干24小時(shí)，烘干后試塊經(jīng)高溫1200°C(3h)處理后測性能。另外，國家標(biāo)準(zhǔn)YB/T5202規(guī)定致密耐火澆注料制樣成型標(biāo)準(zhǔn)為溫度20士0.5°C且相對(duì)濕度不小于90%下養(yǎng)護(hù)Id。此試樣做對(duì)比樣。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表2表2_5°C試驗(yàn)條件下加入本防凍劑以及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可以看出(1)在_5°C試驗(yàn)條件下，澆注料采用本實(shí)施例防凍劑，在養(yǎng)護(hù)2天后達(dá)到了一定的安全脫模強(qiáng)度，說明本品滿足了防凍和早強(qiáng)的要求，可以縮短工期，提高施工效率。(2)經(jīng)高溫1200°C處理后，試樣的強(qiáng)度甚至略高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度，且按照國家標(biāo)準(zhǔn)記錄焙燒后試樣表面狀況為平整、無起泡爆裂，燒后線收縮率與標(biāo)養(yǎng)相比有微小的增力口。說明本品加入后對(duì)澆注料的高溫性能影響不大。(3)兩種試驗(yàn)條件下，加入相同品種、相同劑量的減水劑。_5°C試驗(yàn)時(shí)，在加水量低于標(biāo)養(yǎng)(試驗(yàn)材料總重)的條件下，拌合后初始流動(dòng)值與標(biāo)養(yǎng)的持平。說明體系中的引氣劑和減水劑起到了明顯的減水作用，新拌澆注料在_5°C環(huán)境下可以達(dá)到較滿意的的施工性。實(shí)施例2防凍劑各組分重量構(gòu)成比為乙二醇尿素氫氧化鋰十二烷基磺酸鈉三聚磷酸鈉水=175.588.530228276。使用于-10°C環(huán)境條件下的澆注料施工。防凍劑配制過程同實(shí)施例1。澆注料試驗(yàn)過程除了試驗(yàn)操作環(huán)境為-io°c及成型后養(yǎng)護(hù)的48小時(shí)環(huán)境為-10°C外，其他同實(shí)施例1。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表3表3-10°C試驗(yàn)條件下加入本防凍劑以及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>----<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>可以看出(1)在-10°C試驗(yàn)條件下，澆注料采用本實(shí)施例防凍劑，在養(yǎng)護(hù)2天后達(dá)到了一定的安全脫模強(qiáng)度，說明本品滿足了防凍和早強(qiáng)的要求，可以縮短工期，提高施工效率。(2)經(jīng)高溫1200°C處理后，試樣的強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的相比有一定的損失，按照國家標(biāo)準(zhǔn)記錄焙燒后試樣表面狀況為平整、無起泡爆裂，燒后線收縮率與標(biāo)養(yǎng)相比有微小的增加。說明本品加入后對(duì)澆注料的高溫性能影響不大。(3)兩種試驗(yàn)條件下，加入相同品種、相同劑量的減水劑。-10°C試驗(yàn)時(shí)，在加水量低于標(biāo)養(yǎng)(試驗(yàn)材料總重)的條件下，拌合后初始流動(dòng)值與標(biāo)養(yǎng)的持平。說明體系中的引氣劑和減水劑起到了明顯的減水作用，新拌澆注料在-10°C環(huán)境下可以達(dá)到較滿意的的施工性。實(shí)施例3防凍劑各組分重量構(gòu)成比為乙二醇尿素鋁酸鈉乳化劑0P-10FS20水=202.59045330229.5。使用于_15°C環(huán)境條件下的澆注料施工。防凍劑配制過程同實(shí)施例1。澆注料試驗(yàn)過程除了試驗(yàn)操作環(huán)境為_15°C及成型后養(yǎng)護(hù)的48小時(shí)環(huán)境為-15°C外，其他同實(shí)施例1。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表4:表4_15°C試驗(yàn)條件下加入本防凍劑以及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>可以看出(1)在_15°C試驗(yàn)條件下，澆注料采用本實(shí)施例防凍劑，在養(yǎng)護(hù)2天后達(dá)到了一定的安全脫模強(qiáng)度，說明本品滿足了防凍和早強(qiáng)的要求，可以縮短工期，提高施工效率。(2)經(jīng)高溫1200°C處理后，試樣的強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的相比有一定的損失，按照國家標(biāo)準(zhǔn)記錄焙燒后試樣表面狀況為平整、無起泡爆裂，燒后線收縮率與標(biāo)養(yǎng)相比有一定增力口，但幅度不大。說明本品加入后對(duì)澆注料的高溫性能影響不大。(3)兩種試驗(yàn)條件下，加入相同品種、相同劑量的減水劑。_15°C試驗(yàn)時(shí)，在加水量低于標(biāo)養(yǎng)(試驗(yàn)材料總重)的條件下，拌合后初始流動(dòng)值與標(biāo)養(yǎng)的持平。說明體系中的引氣劑和減水劑起到了明顯的減水作用，新拌澆注料在負(fù)溫下可以達(dá)到較滿意的的施工性。實(shí)施例4防凍劑各組分重量構(gòu)成比為乙二醇尿素氫氧化鋰乳化劑0P-10六偏磷酸鈉水=1457535130314。適用于_3°C環(huán)境條件下的澆注料施工。實(shí)施例5防凍劑各組分重量構(gòu)成比為乙二醇尿素鋁酸鈉三萜皂苷FS20水=13510027225311。適用于_7°C環(huán)境條件下的澆注料施工。實(shí)施例6防凍劑各組分重量構(gòu)成比為乙二醇尿素氫氧化鋰三萜皂苷FS20水=1809640230252。適用于_13°C環(huán)境條件下的澆注料施工。權(quán)利要求一種用于鋁酸鹽水泥結(jié)合的不定形耐火材料的復(fù)合早強(qiáng)防凍劑，其特征在于包含如下組分乙二醇，尿素，氫氧化鋰或鋁酸鈉中的一種，十二烷基磺酸鈉或OP-10乳化劑或三萜皂苷中的一種，有機(jī)減水劑FS20或無機(jī)減水劑三聚磷酸鈉或無機(jī)減水劑六偏磷酸鈉中的一種，水；上述組分的重量構(gòu)成比為乙二醇∶尿素∶氫氧化鋰或鋁酸鈉∶十二烷基磺酸鈉或OP-10乳化劑或三萜皂苷∶FS20或三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉∶水＝135-202.5∶68-100∶27-45∶1-3∶25-30∶229.5-314。全文摘要本發(fā)明涉及不定形耐火材料用復(fù)合防凍劑，主要涉及一種用于鋁酸鹽水泥結(jié)合的不定形耐火材料的復(fù)合早強(qiáng)防凍劑；包含如下組分乙二醇，尿素，氫氧化鋰或鋁酸鈉中的一種，十二烷基磺酸鈉或OP-10乳化劑或三萜皂苷中的一種，有機(jī)減水劑FS20或無機(jī)減水劑三聚磷酸鈉或無機(jī)減水劑六偏磷酸鈉中的一種，水；上述組分的重量構(gòu)成比為乙二醇∶尿素∶氫氧化鋰或鋁酸鈉∶十二烷基磺酸鈉或OP-10乳化劑或三萜皂苷∶FS20或三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉∶水＝135-202.5∶68-100∶27-45∶1-3∶25-30∶229.5-314。本發(fā)明復(fù)合早強(qiáng)防凍劑具有防凍、早強(qiáng)效果好，施工性能好以及對(duì)耐火材料高溫性能影響小的特點(diǎn)。適用于溫度不低于-15℃的耐火澆注料和耐火噴涂料的冬季施工。文檔編號(hào)C04B24/16GK101830662SQ20101013512公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年3月30日優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日發(fā)明者張三華,張軍,張新,張曄,曹喜營,王守業(yè),王戰(zhàn)民申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司