摘要：淺析不定形耐火材料中使用的結合劑定義、分類(lèi)、結合形式，以及所存在的問(wèn)題。

一、引言 

對于耐火材料來(lái)說(shuō)，其主原料非常重要，但其結合劑也是不可缺少的成分之一。要生產(chǎn)出高質(zhì)量的耐火材料，除了要選用優(yōu)質(zhì)的原料以外，還要對結合劑的問(wèn)題有所注重，它起到的作用也很大。特別是對于一些不定形耐火材料，其結合劑也決定著(zhù)產(chǎn)品的功能。這就是說(shuō)不定形耐火材料不象成形產(chǎn)品那樣需要成形燒成，它也有多種不同成形的方法。近年來(lái)隨著(zhù)不定形耐火材料的迅速發(fā)展與施工方法的改進(jìn)，對結合劑也寄于了更大的期望，它在耐火材料應用領(lǐng)域的地位也變得更加重要。

二、概念及要求 

至于結合劑的概念，下定義也是比較困難的，有著(zhù)不同的說(shuō)法。在此一般是指：將耐火粗顆粒料和粉料組成的散狀耐火材料膠結在一起的物質(zhì)，稱(chēng)“膠結劑”或“粘結劑”。按此定義，其結合劑應具有以下幾項性能：①能常溫硬化；②硬化時(shí)體積變化；③到高溫時(shí)也有強度；④不能降低耐火性能；⑤對人體和環(huán)境沒(méi)有影響；⑥成本低；⑦供應穩定等。如高鋁水泥，硅酸鈉和磷酸鋁都能滿(mǎn)足以上要求，并有了廣泛應用，所以它在耐火材料中應用也應如此。

三、分類(lèi)方法 

在耐火材料結合劑的分類(lèi)上，其方法也有多種，只從硬化作用角度上來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，一般情況下需考慮到粘著(zhù)結合和陶瓷結合兩方面并用的因素。但是，對于不定形耐火材料來(lái)說(shuō)，只需考慮粘著(zhù)結合的分類(lèi)就行。

四、結合方式 

一般來(lái)說(shuō)，結合劑在不定形耐火材料中的硬化作用，它可以分為多種結合形式，其結合形式也有各自的適用范圍與特點(diǎn)?，F就各種結合方式進(jìn)行分析。

1)粘著(zhù)結合。 

在反應結合中不加硬化劑或者有機磷膏狀劑等，且不發(fā)生硬化反應，依靠粘著(zhù)性進(jìn)行結合。實(shí)際上就是與高溫下的陶瓷結合并用，在硬化時(shí)必須加熱，且不定形耐火材料過(guò)去多半利用粘著(zhù)結合，使用紙漿廢液、糊精、羧基甲醚纖維素作結合劑。澆注料、耐火可塑料、噴補料、火泥等，就是被粘著(zhù)的耐火材料，主要使用該結合劑。

2)凝聚結合。 

是指分散狀態(tài)的粘土或氧化物懸體由于凝集而產(chǎn)生的硬化反應。以前利用這一方式研制的不定形耐火材料只有搗打料及耐火可塑料，不包括澆注料。近年來(lái)分散及凝集的研究，實(shí)行了澆注法施工。根據利用分散劑及凝集劑的作用不斷研究出新形澆注料，不局限把澆注料只分為水合結合和反應結合兩類(lèi)，而是把所研制成功的澆注料作為另種澆注料來(lái)分類(lèi)。這些澆注料是利用粘土與氧化物超細粉在水中的分散凝集作用制成的，也稱(chēng)粘土結合澆注料或超細粉結合澆注料。該凝聚結合的澆注料分以下兩類(lèi)：①粘土結合澆注料。其組成成分為粘土、氧化鋁水泥、分散劑。以粘土為主體時(shí)，把氧化鋁水泥作為凝集劑使用，或者以氧化鋁水泥為主體時(shí)，利用粘土的分散凝集作用和氧化鋁水泥的凝聚作用。用氧化鋁水泥屬于水化結合。②超細粉結合澆注料。利用超細粉(SiO 2、Al2O 3、TiO 2、Cr2O 3等) 代替粘土的分散凝聚作用時(shí)，基本上屬于同類(lèi)結合。同時(shí)使用高鋁水泥和粘土時(shí)，為保障使用時(shí)間，需使凝聚劑在某個(gè)時(shí)間內不起作用，即應加入具有金屬離子封鎖能力的添加劑。實(shí)際所用的分散劑為磷酸鹽聚丙烯酸鹽等。利用分散凝集作用研制的新形澆注料，其優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)地致密(因加水量少)；低熔點(diǎn)生成物少(高鋁水泥等結合劑數量少)。缺點(diǎn)：要注意干燥和硬化時(shí)間及可使用時(shí)間的控制。③高鋁水泥結合的澆注料。其組成成分為高鋁水泥、氧化鋁細粉、分散劑及凝結調節劑。它能提高高鋁水泥中的AI2O3含量，就是為改善水合結合。應用氧化鋁水泥在分散凝集方面比較適用，因利用了氧化鋁細粉的凝集效果，所以人們易選用它作為凝集結合的一種結合劑。它為羥基羧酸鹽、碳酸鈉、聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽、磺酸系陰離子表面活性劑等。

3)化學(xué)結合。 

系指利用酸或堿等的化學(xué)反應所產(chǎn)生的結合，具有代表性的是磷酸鹽系統、堿金屬硅酸鹽系統。近年來(lái)又利用了酚醛樹(shù)脂一類(lèi)結合劑，在常溫或干燥溫度下發(fā)生反應硬化(樹(shù)脂結合)。①磷酸鹽+硬化劑。多將磷酸鋁與氧化鎂配合使用。各種磷酸鹽類(lèi)結合劑，以及氧化鎂以外的硬化劑是近年研制的，一般使用起來(lái)較困難。因此，除特殊用途外，不使用這類(lèi)結合劑。②堿金屬硅酸鹽+硬化劑。采用硅酸鈉(水玻璃) 與硬化劑氟硅化鈉反應而生成n SiO 2起結合作用，反應過(guò)程如下：不論是哪種反應，其生成物為低熔點(diǎn)物質(zhì)，所以不能用來(lái)作高溫結合劑，多半用來(lái)生產(chǎn)低溫用耐火澆注料。③酚醛樹(shù)脂+硬化劑。不定形耐火材料需要常溫硬化時(shí)，多采用甲階酚醛樹(shù)脂及硬化劑。

4)水化結合。 

對于不定形耐火材料，主要使用高鋁水泥作水合結合的代表性結合劑，利用氧化鋁細粉或分散劑，可以起到結合作用。

5)陶瓷結合。 

該結合法需用一定的熱量，一般很少單獨使用，而且還需要采用與常溫結合不同的結合劑。最具代表性的結合劑為粘土，常溫時(shí)起凝集結合作用，高溫時(shí)起陶瓷結合作用。雖然粘土存在一些缺點(diǎn)，但用它作不定形耐火材料的結合劑時(shí)也有著(zhù)許多優(yōu)點(diǎn)，可用于生產(chǎn)凝集結合形澆注料。其次，可用金屬粉作陶瓷結合劑，特別是采用硅粉及鋁粉者居多。加入金屬粉的優(yōu)點(diǎn)：在較大范圍內提高高溫強度。再者， Si與C發(fā)生反應， 生成β-SiC， 而金屬Al與之反應則生成AI4C 3。如果發(fā)生氧化， 僅形成SiO 2及Al2O 3， 在耐火材料組成方面較少出現問(wèn)題。由于金屬鋁和硅除了作為結合劑使用外，還可以用含碳耐火材料的防氧化劑及耐火澆注料的防爆劑。所以，使用金屬粉也有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但其反應能力強，在不定形耐火材料中使用時(shí)要限制和控制。

五、存在的問(wèn)題 

1.提高純度和熔點(diǎn)方面。通常使用的結合劑容易生成較多的低熔點(diǎn)相，應將低熔點(diǎn)結合劑改為高熔點(diǎn)結合劑，且其加入量也應適當減少。比如：高鋁水泥→高鋁澆注料(含高鋁水泥15%左右)→凝集結合澆注料(含高鋁水泥2%~5%)。

2.降低水分方面。對于不定形耐火材料，施工中用水混練時(shí)，必須進(jìn)行干燥，且水分越多，越容易形成多孔體。就耐火材料的強度和抗侵蝕性而言，氣孔越少，其性能越好。

3.結合劑配合使用方面。各種結合劑的配合使用也很重要。將硬化形式不同的，且特點(diǎn)也不同的各種結合劑配合使用，可使不定形耐火材料從低溫到高溫具有均勻的強度，并有效防止脫落。

六、結束語(yǔ)          

隨著(zhù)結合劑性能的提高，加上多種結合劑配合的使用，從而導致了處理的復雜化，且可使用時(shí)間及硬化時(shí)間的控制也更加困難。所以，性能優(yōu)異、使用方便和貯存效果好的結合劑亟待研究。除了要求不定形耐火材料具有較高的性能之外，還要求降低其價(jià)格。不管怎樣，研究如何降低結合劑的價(jià)格和提高結合劑及其產(chǎn)品是質(zhì)量的關(guān)鍵。