硅凝胶结合浇注料的高温性能及莫来石形成

硅凝胶结合无水泥浇注料易于包装、储存和运输，同时具有快速干燥的特性和较好的高温性能。但是，硅凝胶结合无水泥浇注料需要较长的硬化时间，并且生坯强度很低，限制了浇注料的应用。挪威的研究人员以SioxX-Zero硅凝胶为结合剂，考察了加入少量水泥时，浇注料在高温下的莫来石形成及高温性能，并和低水泥、超低水泥结合浇注料的性能做了对比。

试验所用原料有板状氧化铝、活性氧化铝、煅烧氧化铝细粉、SiO2微粉、SioxX-Zero、Secar71水泥。按照q值为0.25的安德森模型设计浇注料的颗粒尺寸分布。硅凝胶结合浇注料（NCC）中，固定SioxX-Zero结合剂含量为3%、Secar71含量为0.5%，改变SiO2微粉含量为1%、3%、5%，具体配方见表1。向水泥结合浇注料中添加SioxX-Flow增加其流动值，向超低水泥浇注料中添加SioxX-Set促进其硬化。

按表1中配方配料并混合均匀后，根据标准ASTM C230测量浇注料的自流值和振动流动值。

将成形后的试样（150 mm×25 mm×25 mm）在20 ℃、相对湿度＞90%的条件下养护24 h后脱模，然后经110 ℃ 24 h烘干。通过超声波速率曲线评估浇注料的凝固和硬化过程。采用干燥后条状试样测量其在1 200、1 300、1 400、1 500 ℃下的高温抗折强度，升温速率为5 ℃·min-1。采用带中心孔（φ12.5 mm）圆柱试样φ50 mm×50 mm经1 000 ℃预烧后，根据ISO R1893-1970测量荷重软化温度，荷载为0.2 MPa。选取试样进行XRD物相分析以及SEM显微结构分析。

研究结果表明：

（1）当加水量为4.5%时，硅凝胶结合浇注料的自流值最大，降低SiO2微粉含量并增加活性氧化铝含量，浇注料的自流值略有下降；当加水量减少到4.2%时，自流值显著下降，但仍在可接受范围内。

（2）硅凝胶结合的浇注料与水泥结合的浇注料在凝固和硬化时间上差别不大。增加SiO2微粉含量，硅凝胶结合浇注料养护后的生坯强度略有提高，降低加水量也有助于提高NCC浇注料养护后的生坯强度，NCC浇注料的生坯强度均低于低水泥和超低水泥结合浇注料的生坯强度。

（3）含有SioxX-Zero的硅凝胶结合浇注料高温性能优异，特别是1 500 ℃下的高温抗折强度得到显著改善，远高于低水泥和超低水泥结合浇注料；试样中SiO2微粉太低或太高都使高温抗折强度降低。

（4）试样的荷重软化温度曲线显示， 对于SiO2微粉含量足够的试样（NCC2、NCC3、NCC3A、ULCC3），均在1 300 ℃下出现软化现象，在1 400 ~1 500 ℃范围内压缩量保持不变，预示在该温度范围内有莫来石生成。

（5）XRD物相分析及SEM显微结构分析显示，1 400℃高温抗折试验后，NCC1试样中无莫来石生成，NCC3试样中生成了针状莫来石；1 500 ℃高温抗折试验后，ULCC3和NCC3A试样中均有莫来石生成，只是ULCC3试样中的柱状莫来石是单晶结构，而NCC3A试样中的针状莫来石为互锁和紧密堆积结构。

总之，开发的含SioxX-Zero硅凝胶结合浇注料由于莫来石的形成而具有优异的高温性能，SiO2微粉含量太低或水泥含量太高均不利于莫来石的生成。