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致密耐火浇注料抗爆裂性评价方法的研究

更新时间:2009-03-28

耐火浇注料由于采用了微粉和高效分散剂技术,致密度大大提高,而透气度很低,从而降低了浇注料的抗爆裂性能。浇注料的爆裂是当前不定形预制件特别是大型、超大型及异型预制件和现场耐火浇注料烘烤中经常遇到的问题[1]。因此,研究并提高耐火浇注料的抗爆裂性能具有重要的意义。

耐火浇注料的抗爆裂性评价是研究耐火浇注料抗爆裂性好坏的重要部分,因此,合理的评价标准至关重要。关于耐火浇注料的抗爆裂性评价,国际国内有着不同的标准,这些标准关于试样尺寸、平行试样个数等都有不同的要求。致密耐火浇注料抗爆裂性评价的国际标准与国内标准的区别主要见表1。

传统多媒体教室一般适合“讲授法”为主的教学,信息是单向传递,即教师—学生。智慧教室则要打破这种局限,信息是双向甚至多向传递,信息的传递包括人与人、人与设备、设备与设备等方面。多方面的互动适合以讨论为主的教学模式,如探究式教学、协作学习等。

 

表1 致密耐火浇注料抗爆裂评价标准对比Table 1 The resistance to explosive spalling evaluation criterion of dense refractory castables

  

评价标准 试样尺寸/mm平行试样个数每次升温/℃50 ISO 16334:2013(E) φ80×80 2(分别测)YB/T 4117—2003 50×50×50 3(同时放)100

同时,国际标准中增加了对试样内部温度的监测,要求在试样内部正中心部位埋入热电偶,观察试样在试验炉中内部温度随时间的变化,认为其变化规律大致为:试样内部温度随时间的延长并不一直是线性增加,而在某一时间段内温度保持不变,然后继续线性增长。因此,该曲线上存在一个拐点,从而提出了转变点温度的概念。国际标准认为转变点温度表示浇注料的脱水能力;转变点温度低,表明脱水能力高,抗爆裂性好;转变点温度高,表明脱水能力差,抗爆裂性差。

根据浇注料的两种致爆机制(蒸汽压力致爆机制和热应力致爆机制)可知,影响浇注料抗爆裂性的因素有很多,如浇注料的结合体系、含水量、透气性[2-3]、自身强度、试样尺寸、烘烤制度等[4-6]。国际标准中,“转变点温度越低,抗爆裂性越好”的说法只提到了脱水能力与抗爆裂性的关系,而忽略了其他因素对浇注料抗爆裂性的影响。因此,本试验中主要根据现行冶金行业标准YB/T 4117—2003和国际标准ISO 16334:2013展开相关试验,测试不同结合体系浇注料的抗爆裂温度及试样内部转变点温度,探讨转变点温度与抗爆裂温度之间的关系。同时,测试了不同结合体系浇注料的物理性能,探究其与抗爆裂温度的关系。

1 试验

因此,试样养护阶段的失水率为1-w1-w2

试样配比如表2所示。按表2进行配料,成型为40 mm×40 mm×160 mm的长方体试样和φ80 mm×80 mm的圆柱试样。长方体试样经室温养护24 h脱模,再于110℃烘烤24 h后经1 300℃保温3 h热处理。按国标测试110℃烘后试样的常温抗折强度、常温耐压强度、显气孔率和体积密度。

长方体试样养护和热处理阶段的失水率检测方法为:测其室温养护24 h脱模后的质量m1,110℃烘24 h后的质量m2,1 300℃保温3 h烧后的质量m3(假设此时试样内部的水分已完全蒸发),试样的总加水量为m,则试样110℃干燥阶段失水率w1为:

 

图5示出了含金属铝粉的超低水泥结合浇注料AULC在不同温度下的中心温度-时间曲线。其中,试样AULC1的试验温度为500℃,未爆裂,转变点温度为189℃;试样AULC2的试验温度为600℃,未爆裂,转变点温度为196℃;试样AULC3的试验温度为700℃,未爆裂,转变点温度为199℃;试样AULC4的试验温度为800℃,未爆裂,转变点温度为183℃;试样AULC5的试验温度为800℃,内部温度151℃时爆裂,响声剧烈。可以看出,同一种试样,其抗爆裂试验温度不同时,虽然试样内部转变点温度每次都不完全相同,但其差别不大,只是试验温度越高,温度转变点出现的越早(如图5所示,随着试验温度升高,转变点温度在时间轴上越来越靠左),转变点越明显。由此可以判定:同一种浇注料的转变点温度高低与抗爆裂试验温度基本无关。

 

试验原料主要有电熔白刚玉骨料(5~3、3~1和≤1 mm)及细粉(≤0.045 mm)、α-Al2O3微粉、金属铝粉、硅灰、铝酸盐水泥、水合氧化铝和硅溶胶等。减水剂有三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和FS10。

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表2 试样配比Table 2 Formu lations of specim ens

  

原料w/%水泥结合(CC)超低水泥结合(ULC)超低水泥结合(含金属铝粉AULC)水合氧化铝结合(ABD)硅溶胶结合(SSG)65 65 65 65 65电熔白刚玉细粉 22 26 26 23 29铝酸盐水泥 10 3 3 0 0水合氧化铝 0 0 0 6 0硅灰 0 3 3 3 0 α-Al2O3微粉 3 3 3 3 6金属铝粉(外加) 0 0 0.2 0 0减水剂(外加) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2水(外加) 5.6 5.2 5.2 5.9 0硅溶胶(外加)电熔白刚玉骨料0 0 0 0 7.2

在圆柱试样内部正中心部位埋入K型热电偶,以测量试样内部温度,在恒温恒湿养护箱中,于23℃带模密封养护24 h。脱模后,按 YB/T 4117—2003和ISO 16334:2013(E)分别测试试样的抗爆裂温度和内部转变点温度,其中,试样抗爆裂温度的温度间隔为100℃。

2 结果与讨论

2.1 物理性能

图3示出了水泥结合浇注料CC在不同试验温度下的中心温度(T)-时间(t)曲线。如图3所示,试样CC5、CC6的试验温度为600℃,两试样在炉温600℃下均未爆裂,试样CC5的转变点温度为240℃,试样CC6有两个明显的转变点,分别为230、247℃,两曲线的变化趋势比较一致;试样CC8、CC9的试验温度为700℃,在该温度下两试样均未爆裂,试样CC8的转变点温度为241℃,试样CC9的转变点温度为264℃;试样CC4的试验温度为800℃,在该温度下试样炸裂为碎块,响声剧烈,试样炸裂时内部温度为196℃。

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表3 浇注料经110℃烘24 h后的物理性能Table 3 Physical properties of castab les baked at 110℃for

  

24 h项 目/MPa 16.0 8.7 6.7 14.2 6.6常温耐压强度/MPa 119 49 47 71 28显气孔率/% 13 15 14 12 15体积密度/(g·cm-3)3.16 3.17 3.17 3.05 3.13 CC ULC AULC ABD SSG常温抗折强度

图1示出了浇注料在不同阶段的失水率。由图1可知,5种浇注料养护期间的失水率由大到小的顺序为SSG>CC>ULC>ABD>AULC。浇注料在110℃期间失去的绝大多数水为自由水。浇注料在养护和烘干期间的共同失水率顺序为SSG>ABD>AULC>ULC>CC。超低水泥浇注料110℃烘后其显气孔率并没有因金属铝粉的加入而增大,但是其养护和烘干期间的共同失水率却由于加入金属铝粉而增大。这可能是由于金属铝粉只是增加试样的透气性通道,而没有提高试样的显气孔率。因此,若想研究试样内部水分蒸发的难易,应该研究试样的透气性。

  

图1 浇注料在不同阶段的失水率Fig.1 Water loss rate of castables at different stages

2.2 抗爆裂试验

试样的抗爆裂试验结果如表4所示,其中,每个试验温度测试2个试样。由表4可知,各试样的抗爆裂温度如下:试样CC为700℃,试样ULC为500℃,试样AULC为700℃,试样ABD为300℃,试样SSG为300℃。

 

表4 试样的抗爆裂试验结果Table 4 Resistance to explosive spalling experimental results of specimens

  

注:“—”表示未进行试验;“Ο”表示未爆裂;“×”表示爆裂;“Δ”表示出现裂纹。

 

试验温度/℃ CC ULC AULC ABD SSG 300— —400 — — — ×× ΔΔ 500 ΟΟ ΟΟ ΟΟ — ××600 ΟΟ ×× ΟΟ — —700 ΟΟ — ΟΟ — —800 ×× — ×Ο — —ΟΟ ΟΟ

各浇注料爆裂后的碎裂程度顺序为:AULC<ULC<CC<ABD<SSG。从左至右试样越来越粉碎,只有硅溶胶结合的浇注料出现了裂纹,其他浇注料均为整体炸裂,炸裂部位大致位于试样的内部中心部位,而不是边角部位。硅溶胶结合浇注料出现裂纹的起始部位也为试样侧向的中心部位,如图2所示。

  

图2 硅溶胶结合浇注料试样的开裂部位Fig.2 Cracking position of silica-solbonded castables

2.3 内部转折点温度

表3示出了浇注料经110℃烘后的物理性能。由表3可以看出,浇注料110℃烘后的常温抗折强度与常温耐压强度变化基本一致,强度由大到小为:CC>ABD>ULC≈AULC>SSG,由此可知在超低水泥中加入金属铝粉对其强度影响不大。由文献[7]可知,浇注料的抗拉强度在一定程度上能够反映浇注料的抗爆裂性。一般认为抗拉强度与抗折强度有对应关系,抗折强度越高,抗拉强度越大[8]。本试验中没有测量材料的抗拉强度,因而用浇注料的常温抗折强度和耐压强度来研究强度对抗爆裂性的影响。

采用12.5%的SDS-PAGE电泳。将平衡后的IPG胶条移至凝胶的上方,用0.5%的琼脂糖封胶。上下槽加入电极缓冲液(Tris 5 mmol/l、Gly 192 mmol/l、SDS 0.1%)。先以120 V电泳30 min,然后240 V恒压电泳,直至溴酚蓝指示线到达凝胶底边处停止电泳,总时间约为5 h。

  

图3 水泥结合浇注料在不同试验温度下的中心温度-时间曲线Fig.3 T-t curves of cem ent bonded castables w ith different test tem peratures

图4示出了超低水泥结合浇注料ULC在不同试验温度下的中心温度-时间曲线。试样ULC5、ULC6的试验温度为500℃,在该温度下两试样均未爆裂,试样ULC5的转变点温度为241℃,试样ULC6的转变点温度为233℃;试样ULC3、ULC4的试验温度为600℃,两试样均爆裂,试样ULC3在内部温度153℃时第一次爆裂,试样ULC4在试验进行约330 s时爆裂,且试样ULC4爆裂时响声较试样ULC3的更大一些,碎裂更严重。

  

图4 超低水泥结合浇注料在不同试验温度下的中心温度-时间曲线Fig.4 T-t curves of ultra-low-cement bonded castables w ith different test tem peratures

1 300℃烧成阶段的失水率w2为:

  

图5 含金属铝粉的超低水泥结合浇注料在不同温度下的中心温度-时间曲线Fig.5 T-t curves of ultra-low-cementbonded castables(extraadded alum inum powder)with different temperatures

图6示出了水合氧化铝结合浇注料ABD在试验温度300、400℃下的中心温度-时间曲线。其中,试样ABD3的试验温度为300℃,未爆裂,试验时长约22 min,在此时间段内未出现转变点温度;试样ABD5的试验温度也为300℃,延长了保温时间至试样内部温度基本达到炉温,试样未爆裂,整个曲线上也未出现转变点温度;试样ABD4的试验温度为400℃,内部温度182℃时爆裂,响声剧烈,只爆裂一次,粉碎性炸裂。

图7示出了硅溶胶结合浇注料SSG在不同试验温度下的中心温度-时间曲线。其中,试样SSG4的试验温度为400℃,试样出现裂纹(如图3所示),内部转变点温度为105℃;试样SSG1、SSG2的试验温度为500℃,均局部炸裂,试样SSG1内部温度约90℃时爆裂,一声闷响,声音特别小,转变点温度为100℃;试样SSG2内部温度约90℃时爆裂,响声较第一次大一些,转变点温度为104℃。由图2可以看出,硅溶胶结合浇注料在养护和烘干期间就已经失去了绝大多数的水,这可能与硅溶胶结合浇注料有较低的转变点温度有关。

  

图6 水合氧化铝结合浇注料在试验温度300和400℃下的中心温度-时间曲线Fig.6 T-t curves of hydrated alum ina bonded castables at 300℃and 400℃

研究地位于内蒙古自治区大兴安岭林管局根河市林业局,地处大兴安岭西北坡,东与鄂伦春自治旗相邻,西接额尔古纳市,南与牙克石市相连,北与黑龙江省大兴安岭地区漠河县、呼中区接壤。东西直线距离最宽为198.8 km,南北直线距离最长为240.4 km,总面积 2.001 万 km2。该区地理坐标为50°25′30″~51°17′00″N,120°41′30″~122°42′30″E,海拔在700~1 300 m,地形相对平缓,呈丘陵状台地。

  

图7 硅溶胶结合浇注料在不同试验温度下的中心温度-时间曲线Fig.7 T-t curves of silica-solbonded castables w ith different experiment temperatures

浇注料的抗爆裂温度与转变点温度对比如表5所示。可以看出,对于不同结合体系的浇注料,其转变点温度的高低并不能用来判定浇注料抗爆裂性的好坏。硅溶胶结合的浇注料其转变点温度最低,但其抗爆裂温度也很低;而水泥结合浇注料其转变点温度最高,但抗爆裂性并不差,这可能是受试样强度等其他因素的影响。某些结合体系的浇注料无转变点温度,如水合氧化铝结合浇注料。

目前多数教师仍采用传统的灌输式的教学方法,对现代教育技术和先进的教学模型不会应用,临床实践教学师资队伍的自身素质不高,缺乏创新意识,在一定程度上影响了临床实践教学的质量[12]。临床实践教学中缺乏基本技能操作的统一性标准,教师在实验教学中的示教手法不一致,必然导致学生技能训练不规范,甚至存在错误。另一方面,由于缺乏统一的考核量化标准,在学生的技能考核中,每个环节都可能出现误差,考核成绩就会出现不公平、不公正、不合理的地方,从而在一定程度上影响了学生技能训练的积极性。

 

表5 浇注料抗爆裂温度与转变点温度Table 5 Exp losive spalling resistance temperature and transition-point temperature of castables

  

项 目CC ULC AULC ABD SSG转变点温度/℃ 247、241、241、233199 264 1105抗爆裂温度/℃ 700 500 700 300 300爆裂时内部温度/℃ 196 153、226 151 182 91、189、196、、183、91无 100、104、102、94

试样CC和AULC的抗爆裂性最好,试样CC的转变点温度虽然很高,但强度高,所以抗爆裂性好;试样AULC的强度虽低,但转变点温度低,所以抗爆裂性也好。ULC和AULC的转变点温度与抗爆裂温度之间的关系符合国标ISO 16334:2013(E)中的观点:由于其强度几乎相同,所以抗爆裂性受转变点温度的影响最大。这说明,浇注料的抗爆裂性受转变点温度、浇注料强度等多种因素的共同影响。

(4)对于校内的接待政策,可以考虑给予校内接待统一的协议价格。学校相关部门应事先做好计划,对于学校提前一定天数的房间预定需求可按照协议价格执行,对临时发生的房间需求则遵照市场价格执行。加强学校和酒店经营双方的沟通,相关明细条款可以在签订协议时予以明确。

表5中还可以看出,凡是有转变点温度的浇注料,其试样若爆裂,都是在其内部温度未达到转变点温度之前爆裂,若试样内部温度达到转变点温度后试样还未爆裂,则试样一般就不会再发生爆裂了(除了出现裂纹的情况)。根据黄育飞[9]关于浇注料快速烘烤时内部蒸汽压力的研究发现,浇注料的内部转变点温度和试样内部蒸汽压力最大时对应的温度较吻合,因此该温度点为试样爆裂的危险点。

3 结论

(1)国际标准 ISO 16334:2013(E)中关于用转变点温度高低来衡量抗爆裂性好坏不是对所有结合体系的浇注料都适用。浇注料抗爆裂性的好坏受很多因素的影响,而转变点温度的高低只与试样的脱水能力有关,而不能表征强度等因素对试样抗爆裂的影响。此外,水合氧化铝结合刚玉质浇注料不存在转变点温度。因此,直接用浇注料的抗爆裂温度来衡量浇注料的抗爆裂性是比较合理的。

(2)凡是有转变点温度的浇注料,其试样若爆裂,都是在其内部温度未达到转变点温度之前爆裂,若试样内部温度达到转变点温度后试样还未爆裂,则试样一般就不会再发生爆裂了(除了出现裂纹的情况)。因此,测试浇注料的转变点温度也有一定的意义。

参考文献

[1]刘岩.致密耐火浇注料快速烘烤时内部应力的研究[D].洛阳:中钢集团洛阳耐火材料研究院,2015.

[2]赵瑾,王战民,曹喜营.耐火浇注料透气性研究现状[J].耐火材料,2014,48(2):149-154.

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[4]刘岩,王战民,曹喜营,等.致密耐火浇注料单面加热过程内部应力的研究[J].耐火材料,2016,50(1):16-19.

[5]黄育飞,王战民,曹喜营,等.结合方式和试样尺寸对矾土基浇注料受热爆裂性能的影响[J].耐火材料,2012,46(2):111-113.

[6]赵瑾.致密耐火浇注料快速烘烤时蒸汽压致爆机理[D].洛阳:中钢集团洛阳耐火材料研究院,2014.

[7]许强,朱士江,赵晶.混凝土抗拉强度测定中的三种试验方法及其理论基础[J].科技资讯,2010(12):82-83.

[8]姜福田.混凝土力学性能与测定[M].北京:中国铁道出版社,2006:94-138.

[9]黄育飞.蒸汽压力在浇注料快速烘烤爆裂中的作用研究[D].洛阳:中钢集团洛阳耐火材料研究院,2012.

 
杨旭静,王战民,曹喜营,刘巍,陈建军
《耐火材料》 2018年第02期
《耐火材料》2018年第02期文献
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