結合劑是指添加到非塑性顆粒料或纖維狀材料中，使其具有作業(yè)性能和生坯強度或干燥強度的物質(zhì)。在耐火澆注料中，除了要考慮結合劑的結合性能外，還必須考慮到他們在加熱的過(guò)程中的變化、與被結合材料在高溫下的反應，以及對后者組成、顯微結構與性能的影響。結合劑是澆注料的重要組成部分，在一定條件下，其通過(guò)一定的方式結合，使澆注料硬化并獲得強度。結合劑作為決定澆注料的結構強度的主要配制組成物，為澆注料提供一定的流動(dòng)度和脫模強度，對澆注料的性能影響很大。澆注料的結合劑很多，其分類(lèi)方法也有很多種。

1)按化學(xué)成分與性質(zhì)分

按照化學(xué)性質(zhì)可以分為有機結合劑和無(wú)機結合劑兩大類(lèi)。

無(wú)機結合劑按其化學(xué)成分又可分為：

(1)硅酸鹽類(lèi)。硅酸鹽水泥、水玻璃以及結合黏土。

(2)鋁酸鹽類(lèi)。鋁酸鈣水泥(包括高純和低純)、鋁酸鋇水泥等等。

(3)磷酸鹽類(lèi)。磷酸和各種磷酸鹽，例如磷酸二氫鋁、磷酸鎂、磷酸二氫銨、鋁鉻磷酸鹽、三聚磷酸鈉、磷酸鈉等。

(4)硫酸鹽。常見(jiàn)的有硫酸鋁、硫酸鎂等。

(5)氯化物。如氯化鎂與鹵水、聚合氯化鋁等。

(6)溶膠(或凝膠)及微粉。有氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠、氧化硅-氧化鋁復合溶膠、

有機類(lèi)結合劑又可以分為：

(1)天然有機物或從天然有機物中分離出來(lái)的物質(zhì)。主要有淀粉、糊精、糖蜜、阿拉伯樹(shù)膠、紙漿廢液及木質(zhì)磺酸鈣、海藻酸鈉、焦油和瀝青等。

(2)合成有機物。包括各種樹(shù)脂，如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂等。此外，還有聚乙烯醇、羥甲基纖維素、硅酸乙酯、聚醋酸乙烯酯等。

有機結合劑也可分為水溶性與非水溶性?xún)深?lèi)，非水溶性的碳化后所獲得的殘碳較高。

2)按硬化條件分類(lèi)

按照澆注料的硬化條件可以分為三類(lèi)：

(1)水硬性結合劑。加水后混合后經(jīng)養護，通過(guò)水化反應而凝結與硬化的結合劑。各種水泥就是這類(lèi)結合劑。

(2)氣硬化性結合劑。指在常溫自然干燥條件下養護即可凝結、硬化的結合劑。如水玻璃、磷酸鹽類(lèi)多為這種結合劑，通常需添加促凝劑。有時(shí)也要通過(guò)干燥以獲得較高的強度。

(3)熱硬性結合劑。是指需要經(jīng)過(guò)一定溫度(105~350℃)烘烤才凝結、硬化的結合劑，如酚醛樹(shù)脂結合劑。有時(shí)也需加入促凝材料，如用線(xiàn)型酚醛樹(shù)脂時(shí)，需要加入六次甲基四胺，通過(guò)加熱時(shí)發(fā)生的縮聚反應而硬化。

3)按照結合機理分類(lèi)

按照結合機理可以分為水化結合、化學(xué)結合、凝聚結合、縮聚結合、黏著(zhù)結合和高溫液相結合六類(lèi)。

水化結合是指在常溫下結合劑通過(guò)水化反應產(chǎn)生水化物而凝結、硬化并獲得強度。常見(jiàn)的水化結合劑有水合氧化鋁和鋁酸鈣水泥等水硬性結合劑；化學(xué)結合是指通過(guò)結合劑與被結合物料之間或者結合劑與外加的促凝劑之間的化學(xué)反應生成具有結合作用的物相而形成結合，常見(jiàn)的化學(xué)結合劑有堿金屬硅酸鹽和磷酸鹽；在固體小顆粒-水系統的懸浮液中加入凝聚劑或調節pH值使微顆粒發(fā)生凝聚而產(chǎn)生結合稱(chēng)之為凝聚結合。各種膠體結合劑以及懸浮體類(lèi)結合劑形成的結合均屬于這種類(lèi)型?？s聚結合是指通過(guò)加入催化劑或交聯(lián)劑使結合劑發(fā)生縮聚反應形成的結合，大多數樹(shù)脂類(lèi)結合劑形成的結合屬這類(lèi)結合。

黏著(zhù)結合是指通過(guò)物理或化學(xué)作用將固體連結在一起所形成的結合。包括物理吸附(范德華力)作用而形成的結合以及通過(guò)在固體顆粒表面形成化學(xué)鍵產(chǎn)生的化學(xué)吸附；其次是通過(guò)結合劑的滲透、擴撒在顆粒表面上形成相互連接的膜而產(chǎn)生的結合；再有就是通過(guò)結合劑與被黏結物質(zhì)界面上存在的雙電層，在靜電引入作用下被黏結在一起而形成的結合。高溫液相結合又稱(chēng)陶瓷結合，常見(jiàn)于干式料中。最常用的是硼酐或硼酸作為剛玉干式料的結合劑。硼酐在450~550℃下可形成黏度較高的液相，能夠將剛玉顆粒結合在一起，隨著(zhù)溫度的升高，氧化鋁可以通過(guò)固-液反應生成2AI2O3-B2O3，最后生成9AI2O3-B2O3。

在目前的耐火澆注料中使用最為廣泛的結合劑就是鋁酸鈣水泥。它是將礬土質(zhì)和石灰質(zhì)的物料按照合適的比例進(jìn)行混合，再采用熔融法或燒結法，最后將生成物磨成細粉，即得到了礬土水泥，又稱(chēng)為鋁酸鈣水泥[38]，還有用氧化鋁或礬土與白云石為原料制得含鎂鋁尖晶石的鋁酸水泥。從1916年開(kāi)始鋁酸鈣水泥正式的商業(yè)化使用，也開(kāi)始作為耐火澆注料的結合劑在耐火材料行業(yè)開(kāi)始慢慢普及。

鋁酸鈣水泥的主要化學(xué)成分為氧化鋁和氧化鈣，同時(shí)含有少量的三氧化二鐵、二氧化硅和氧化鈦。因為鋁酸鈣水泥的原料和生產(chǎn)工藝的不同，其中的各種氧化物的含量也不一樣，根據其化學(xué)成分，即雜質(zhì)含量可以分為低純、中純與高純三類(lèi)，表1給出了具體化學(xué)成分分類(lèi)的方法。

表1鋁酸鈣水泥按化學(xué)成分分類(lèi)

鋁酸鈣水泥的主要物相為一鋁酸鈣(CA)和二鋁酸鈣(CA2)，CA具有很高的水硬活性，雖然凝結速率不快但硬化速度很快，是鋁酸鈣水泥早期強度的主要來(lái)源。CA含量的普遍在40%-70%范圍內，若含量過(guò)高，強度會(huì )主要集中在早期。CA 2在低CaO含量的水泥中較多， 水化硬化速度很慢， 早期強度很低但后期強度較高。CA 2水化硬化時(shí)間較長(cháng)，并且水化后的強度不像CA那樣能隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)而增大。如果CA2含量過(guò)高時(shí)(一般>30%)，水泥活性較差，會(huì )影響水泥的硬化性能。當Al2O 3/CaO比值較小時(shí)，鋁酸鈣水泥中會(huì )生成少量C12A 7，因其結構中存在很多空洞，所以水泥水化凝結速度很迅速，但是強度不高，C12A7通常以含量<2%的量存在。研究表明C12A7能夠使CA水化速率和水化程度更高。此外鋁酸鈣水泥中還含有少量的C2AS、C4AF、C2S。表3給出了低純、中純及高純鋁酸鈣水泥中的主要物相及它們的水化速度。

表2鋁酸鈣水泥中的礦物相以及水化速度

根據AI2O3含量的不同，鋁酸鈣水泥也可以被分為很多種類(lèi)，例如Ca-50、Ca-60、Ca-70和Ca-80。Ca-50和Ca-60水泥又被稱(chēng)為礬土水泥，其氧化鋁的含量一般在50%左右，主要以礬土礦和石灰石作為原料。Ca-70水泥的氧化鋁含量約為70%，屬于純鋁酸鈣水泥，通常以工業(yè)氧化鋁和氧化鈣為原料，其雜質(zhì)少，膠凝性好且耐火度高，因為它良好的性能，適用于耐火澆注料。Ca-80水泥氧化鋁微粉含量較多，通?？蛇_到80%以上，因此也被稱(chēng)為純鋁酸鈣水泥，其與Ca-70相比能夠有效的提高耐火澆注料的中溫結合強度。綜上可知，在鋁酸鈣水泥中氧化鋁的含量約高，其耐火度就越好，通常用于耐火材料中；氧化鋁含量越低，氧化鈣含量越高，水泥的水化性能越好，通常被用在混凝土和化工建材行業(yè)中。在過(guò)去的幾十年中，在耐火材料中應用最多的鋁酸鈣水泥為Ca-70。

鋁酸鈣水泥作為一種水化結合劑，在遇到水后發(fā)生的水化行為在較短的時(shí)間內為澆注料提供足夠的的脫模強度，是澆注料常用的結合劑之一。鋁酸鈣水泥不僅通過(guò)水化反應進(jìn)程與硬化過(guò)程影響澆注料的強度發(fā)展，還影響澆注料的流變形、表面損毀、碳酸化、燒后強度、體積，膨脹及蠕變等性能。鋁酸鈣水泥因為具有強度好，耐火度高，抗沖刷等特點(diǎn)，被廣泛的應用在國防、冶金、化工和建筑等相關(guān)行業(yè)。

凝膠結合在上世紀八十年代開(kāi)始使用，主要是用硅溶膠取代鋁酸鈣水泥作為耐火澆注料的結合劑，它具有低水泥澆注料和超低水泥澆注料的大部分缺點(diǎn)，同時(shí)也解決了它們的大部分的缺點(diǎn)，其采用成熟的溶膠-凝膠技術(shù)，這些技術(shù)在高性能陶瓷上已經(jīng)被成功的應用，具有易成型、均勻性好、燒結溫度低等一些優(yōu)點(diǎn)。當硅溶膠注入到澆注料中后，耐火材料顆粒會(huì )被硅膠-凝膠包裹，這些被包裹的顆粒經(jīng)過(guò)干燥后會(huì )形成初始的強度。在剛玉質(zhì)澆注料和鋁硅質(zhì)澆注料中采用硅溶膠結合劑后，會(huì )減少氧化鈣的含量，使澆注料的高溫性能提高。但是其應用的廣泛程度還不如鋁酸鈣水泥。