【摘要】：在烘烤過(guò)程中,水合氧化鋁(HA)結(jié)合澆注料的水化產(chǎn)物在較短的溫度范圍內(nèi)迅速脫水,而這種澆注料的透氣性較差,所以在烘烤過(guò)程中容易出現(xiàn)爆裂。目前,不同廠家生產(chǎn)的水合氧化鋁物相組成和水化速度存在較大的差別,導(dǎo)致水合氧化鋁結(jié)合澆注料施工時(shí)間和抗爆裂性能難以控制。本文選擇了三種不同廠家生產(chǎn)的水合氧化鋁(中國(guó)鋁業(yè)(A)、安邁鋁業(yè)(B)和信發(fā)鋁業(yè)(C)),首先分析了其物相組成和微觀形貌,考察了三種水合氧化鋁在不同溫度下的水化速度;研究了三種不同水合氧化鋁在不同溫度下養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間的水化產(chǎn)物的物相組成和微觀形貌;探討了不同水合氧化鋁結(jié)合澆注料透氣度與水合氧化鋁水化產(chǎn)物的物相組成和微觀形貌的關(guān)系,以為控制水合氧化鋁結(jié)合澆注料的施工時(shí)間和提高其抗爆裂性能提供實(shí)用參考。首先,本工作對(duì)三種水合氧化鋁原料的比表面積、物相組成和微觀形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明,安邁(B)產(chǎn)水合氧化鋁比表面積明顯較高(250.23 m~2/g);三種水合氧化鋁原料的微觀形貌均為層片狀結(jié)構(gòu),但物相組成存在較大差異。信發(fā)C原料的物相組成中含有拜耳石相(Al(OH)_3)、勃姆石相(AlOOH)以及η-Al_2O_3相,中鋁A原料中含有勃姆石和η-Al_2O_3,而安邁B原料中僅含有η-Al_2O_3。因此,三種水合氧化鋁相比而言,安邁ρ-Al_2O_3含量最高,而信發(fā)ρ-Al_2O_3含量最低。第二,采用半絕熱法測(cè)試不同溫度、不同水合氧化鋁的水化放熱曲線。結(jié)果表明,三種水合氧化鋁的水化速度均隨著溫度的升高而有所增加,但它們彼此間的水化速度存在較大的差異。在10°C下,只有信發(fā)(C)產(chǎn)水合氧化鋁的水化熱曲線出現(xiàn)較為明顯的放熱峰。在其他溫度下(20°C、30°C、40°C),三種水合氧化鋁水化速度相比而言,信發(fā)C水化最快,安邁B次之,中鋁A最慢。這可能是因?yàn)樾虐l(fā)水合氧化鋁ρ-Al_2O_3含量最低,原料本身含有的勃姆石與拜耳石促進(jìn)了其水化,而安邁水合氧化鋁較大的比表面積使其在水化過(guò)程中顆粒易分散,水化速度僅次于信發(fā)水合氧化鋁。第三,考察了三種水合氧化鋁在不同溫度下(10-40°C),養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間的水化產(chǎn)物物相組成及微觀形貌的變化。結(jié)果表明,在10°C下,中鋁水合氧化鋁(A)養(yǎng)護(hù)24 h才出現(xiàn)拜耳石;而信發(fā)水合氧化鋁(C)水化產(chǎn)物物相組成為勃姆石和拜耳石(層片狀疊加的粒狀結(jié)構(gòu)以及顆粒狀結(jié)構(gòu))。在20°C下,安邁水合氧化鋁(B)水化產(chǎn)物物相組成為無(wú)定形態(tài),隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng),其水化產(chǎn)物微觀形貌由點(diǎn)狀,發(fā)展為絮狀,進(jìn)一步發(fā)展為片狀疊加而成的蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度升高至30-40°C,三種水合氧化鋁水化產(chǎn)物物相組成基本保持一致,均為勃姆石和拜耳石;但是其微觀形貌存在較大的差異,中鋁主要為團(tuán)聚絮狀結(jié)構(gòu),安邁為均勻的蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),信發(fā)主要是顆粒狀結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?信發(fā)C原料中“雜質(zhì)”含量較多,導(dǎo)致水化速度較快,因在較短時(shí)間內(nèi)生成水化產(chǎn)物拜耳石與勃姆石。安邁B原料具有較大的比表面積,水化速度較快,但是由于原料物相組成即為無(wú)定形態(tài),ρ-Al_2O_3含量較高,因此水化產(chǎn)物物相組成有無(wú)定形態(tài)逐漸發(fā)展為勃姆石與拜耳石。值得注意的是,我們發(fā)現(xiàn)安邁水合氧化鋁水化產(chǎn)物微觀形貌為片狀交織而成的蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并且隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高以及養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng),蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸長(zhǎng)大、均勻。最后,本工作探索了三種水合氧化鋁的水化性能的差異對(duì)水合氧化鋁結(jié)合澆注料的流動(dòng)性、流動(dòng)度衰減、顯氣孔率及透氣度的影響。結(jié)果表明,安邁水合氧化鋁B結(jié)合澆注料的流動(dòng)性相對(duì)最小,流動(dòng)度衰減最慢,透氣度最大,顯氣孔率居中;中鋁A結(jié)合澆注料流動(dòng)度衰減較大,顯氣孔率、透氣度最低;信發(fā)C結(jié)合澆注料顯氣孔率最大,透氣度較小。這是因?yàn)榘策~水合氧化鋁B的比表面積(250.23 m~2/g)較大,顆粒在較短時(shí)間內(nèi)充分分散,粘度增加,因此結(jié)合澆注料流動(dòng)性較低,但是水化產(chǎn)物為蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)有利于貫通孔隙通道的形成。而中鋁A(163.76 m~2/g)及信發(fā)C(175.28 m~2/g)比表面積相對(duì)較小,在相同攪拌時(shí)間內(nèi),顆粒不能充分分散,因此其澆注料流動(dòng)性相對(duì)較好。但是隨著水化時(shí)間的延長(zhǎng),中鋁A產(chǎn)生絮凝狀水化產(chǎn)物,膠結(jié)骨料與基質(zhì),填充在澆注料孔隙中,可能導(dǎo)致流動(dòng)性衰減較大,貫通孔隙通道較少。
【圖文】：

1 TA-700 在不同溫度下水化不同時(shí)間的水化產(chǎn)物 XRD 圖譜（a）5°C，（b）25°50°C[40]g. 1.1 XRD patterns of rehydrated products from TA-700 sample as a function of timemperatures: (a) 5°C, (b) 25°C, (c) 50°C. B stands for bayerite, N for nordstrandite, Ggibbsite, and P for pseudoboehmite[40]另外，有研究表明，養(yǎng)護(hù)溫度的升高促進(jìn)水化產(chǎn)物拜耳石的含量增加也促進(jìn)了其結(jié)晶程度更加完整[44]。例如，圖 1.2 所示為 Alphabond 300種條件下水化后的 XRD 和 TG 圖。從圖 1.2（a）可以看出，水合氧化B 兩種條件下水化后，其水化產(chǎn)物均為勃姆石與拜耳石。但是對(duì)比兩種后的 XRD 衍射峰可知，在 20°C 下水化 48 h 后進(jìn)而在 110°C 下水化 1水化產(chǎn)物拜耳石的衍射峰要強(qiáng)于僅在20°C下水化48 h的峰強(qiáng)。這也就養(yǎng)護(hù)溫度的升高，促使水化產(chǎn)物拜耳石與勃姆石的結(jié)晶程度增加。結(jié)b）看出，，水合氧化鋁在 A 條件下水化后，其質(zhì)量損失（150°C 至 80

圖 1.2 Alphabond 300 在 A（20°C 下 48 h）和 B（20°C 下 48 h，然后 110°C 下 12 h）兩種條件下水化后 XRD 和 TG 圖[44]Fig. 1.2 (a) XRD patterns and (b) TG curves ofAlphabond 300 hydrated under Hydration-A (48h at 20°C) and Hydration-B (48 h at 20°C and 12 h at 110°C)conditions ( : boehmite and :bayerite)[44]1.2.4 水合氧化鋁水化產(chǎn)物在升溫過(guò)程中的物相變化水合氧化鋁遇水后發(fā)生水化反應(yīng)，有各種水化產(chǎn)物生成。因此，在溫度升高的過(guò)程中，水化產(chǎn)物會(huì)脫水分解[45]。在溫度升高的過(guò)程中，ρ-Al2O3水化產(chǎn)物主要集在三個(gè)溫度段內(nèi)發(fā)生變化。第一階段是室溫至 100 C，物理吸附水在該溫度段內(nèi)蒸發(fā)，第二階段是 100-350 C，水化產(chǎn)物中的羥基水脫除，第三階段是350-600 C，該階段水化產(chǎn)物發(fā)生分解[32]。圖1.3為在溫度升高的過(guò)程中，ρ-Al2O3水化產(chǎn)物的物相變化。溫度達(dá)到400 C以上時(shí)，水化產(chǎn)物拜耳石分解并轉(zhuǎn)變?yōu)?-Al2O3[32,35,46]。溫度達(dá)到 100 C 時(shí)，無(wú)定形 Al(OH)3凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)楦赡z，隨之在 210-300 C 分解。在 450-550 C 范圍內(nèi)，
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ133.1

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本文編號(hào)：2641514