D0I:10.13374/i.i8sm1001t63.2010.02.016 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijng Feb 2010 刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系 曹喜营)王战民)陈卢)李再耕)王金相)洪彦若) 1)北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083 2)中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南省特种耐火材料重点实验室,洛阳471039 摘要采用浇注料流变仪、L型流动性测试装置和自流值测定装置,测定了加水量、分散剂(F$10)、纯铝酸钙水泥和α~ AbO3微粉对刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的影响,并分析了流变性和流动性之间的关系·实验结果表明:随加水量增 加(质量分数4.9%~5.%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大·随分 散剂Fs10加入量的增加(质量分数0.1%~0.20%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度逐渐减小,自流值和流动 速度逐渐增大;分散剂F$10加入量继续增大时(0.20%~0.22%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大, 而自流值和流动速度大幅下降。随纯铝酸钙水泥加入量增加(质量分数%~4%),流变参数和流动参数有一定的变化,但变 化不明显·随α~Ab03微粉加入量的增加(质量分数9%~1%),相对屈服应力和相对平均黏度均减小,相对塑性黏度变化 不大,自流值变化不大,流动速度加快·刚玉质自流浇注料流变参数和流动参数之间的关系为:自流值和相对屈服应力有较好 的相关性,而流动速度和相对平均黏度有较好的相关性 关键词刚玉;浇注料:流变性:流动性 分类号T0175.1+2 Relationsh ip betw een rheological properties and flow ability of a corundum based self-flow castab le CAO Xiying 2.WANG Zhanm in.CHEN L,LI Zaigeng?,WANG Jinxiang,HONG Yan-no) 1)School of Materals Science and Engneerng University of Science and Technobgy Beijng Beijing 100083 China 2)Henan Key Laboratory of Advanced Refmactories SinosteelLuoyang Institte of Refmactories Researh Co Ld,Luoyang 471039,China ABSTRACT W ith the castable theameter Lbox flowability test apparatus and self-flow test apparatus the influence of water addi- tion dispersant content (FS10).alm inate cement con tent and aA0s content on the theology and flowability of a conundumbased self-flow castable were researched and the relationship between theological properties and flowability of the castable were analyzed The results show that w ith the increase of water addition (4.to5.mass fraction).the relative yiel stress relative plstic vis" cosity and relative average viscosity decrease but the self-flow value and flow vebcity increase W ith the increase of dispersant FS10 (0.16%to0.20%.mass fraction).the relative yiel stress relative plastic viscosity and relative average viscosity decrease but the self-flow value and flow velocity increase W ith more dispersant FS10 additions (0.20%o0.22).the relative yiel stress rlative plastic viscosity and relative average viscosity increase markedly but the self-flow value and self-flow velocity decrease remarkably W ith the increase of alm inate cement (1%to mass fraction).the theolgy and flowability parmeters have same change but not obvious W ith the increase of aAkOs addition (9 to 12%,mass fraction),the relative yield stress and relative average viscosity decrease the relative plastic viscosity and self-flow value have little change but the self-flow velocity increase The relationship be- teen theolgy parmeters and flowability parameters of the conndum-based self-flow castable is shown as the follow ing the self flow value and relative yiel stress have good relevance the flow velocity and relative average viscosity have good relevance KEY W ORDS conndum:castables theological property:flowability 耐火浇注料流动性包含三个特性:流动程度、流动速度和偏析性,流动程度是指流动可能达到的最 收稿日期:2009-07-09 作者简介:曹喜营(l973男,高级工程师,硕士,Email lyex@yeah net
第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32No.2 Feb.2010 刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系 曹喜营 12) 王战民 12) 陈 卢 2) 李再耕 2) 王金相 12) 洪彦若 1) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院北京 100083 2) 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南省特种耐火材料重点实验室洛阳 471039 摘 要 采用浇注料流变仪、L型流动性测试装置和自流值测定装置测定了加水量、分散剂 (FS10)、纯铝酸钙水泥和 α-- Al2O3微粉对刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的影响并分析了流变性和流动性之间的关系.实验结果表明:随加水量增 加 (质量分数 4∙9% ~5∙3% )相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小自流值和流动速度逐渐增大.随分 散剂 FS10加入量的增加 (质量分数 0∙16% ~0∙20% )相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度逐渐减小自流值和流动 速度逐渐增大;分散剂 FS10加入量继续增大时 (0∙20% ~0∙22% )相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大 而自流值和流动速度大幅下降.随纯铝酸钙水泥加入量增加 (质量分数 1% ~4% )流变参数和流动参数有一定的变化但变 化不明显.随 α--Al2O3微粉加入量的增加 (质量分数 9% ~12% )相对屈服应力和相对平均黏度均减小相对塑性黏度变化 不大自流值变化不大流动速度加快.刚玉质自流浇注料流变参数和流动参数之间的关系为:自流值和相对屈服应力有较好 的相关性而流动速度和相对平均黏度有较好的相关性. 关键词 刚玉;浇注料;流变性;流动性 分类号 TQ175∙1 +2 Relationshipbetweenrheologicalpropertiesandflowabilityofacorundumbased self-flowcastable CAOXi-ying 12)WANGZhan-min 12)CHENLu 2)LIZai-geng 2)WANGJin-xiang 12)HONGYan-ruo 1) 1) SchoolofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijingBeijing100083China 2) HenanKeyLaboratoryofAdvancedRefractoriesSinosteelLuoyangInstituteofRefractoriesResearchCo.Ltd.Luoyang471039China ABSTRACT WiththecastablerheometerL-boxflowabilitytestapparatusandself-flowtestapparatustheinfluenceofwateraddi- tiondispersantcontent(FS10)aluminatecementcontentandα-Al2O3contentontherheologyandflowabilityofacorundum-based self-flowcastablewereresearchedandtherelationshipbetweenrheologicalpropertiesandflowabilityofthecastablewereanalyzed. Theresultsshowthatwiththeincreaseofwateraddition(4∙9% to5∙3%massfraction)therelativeyieldstressrelativeplasticvis- cosityandrelativeaverageviscositydecreasebuttheself-flowvalueandflowvelocityincrease.WiththeincreaseofdispersantFS10 (0∙16% to0∙20%massfraction)therelativeyieldstressrelativeplasticviscosityandrelativeaverageviscositydecreasebutthe self-flowvalueandflowvelocityincrease.WithmoredispersantFS10additions(0∙20% to0∙22% )therelativeyieldstressrelative plasticviscosityandrelativeaverageviscosityincreasemarkedlybuttheself-flowvalueandself-flowvelocitydecreaseremarkably. Withtheincreaseofaluminatecement(1% to4%massfraction)therheologyandflowabilityparametershavesomechangebutnot obvious.Withtheincreaseofα-Al2O3addition(9% to12%massfraction)therelativeyieldstressandrelativeaverageviscosity decreasetherelativeplasticviscosityandself-flowvaluehavelittlechangebuttheself-flowvelocityincrease.Therelationshipbe- tweenrheologyparametersandflowabilityparametersofthecorundum-basedself-flowcastableisshownasthefollowing:theselfflow valueandrelativeyieldstresshavegoodrelevance;theflowvelocityandrelativeaverageviscosityhavegoodrelevance. KEYWORDS corundum;castable;rheologicalproperty;flowability 收稿日期:2009--07--09 作者简介:曹喜营 (1973— )男高级工程师硕士E-mail:lycxy@yeah.net 耐火浇注料流动性包含三个特性:流动程度、流 动速度和偏析性.流动程度是指流动可能达到的最 DOI :10.13374/j.issn1001—053x.2010.02.016
.240 北京科技大学学报 第32卷 终限度;流动速度是指流动的快慢;偏析性是指材料 刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的关系进行 的泌水性,目前常用的自流值反映了自流浇注料的 研究 流动程度,而振动流动值则反映了振动浇注料的流 1实验 动速度,这两个流动值都仅反映了流动性的一个方 面,耐火浇注料流变性包括屈服应力和塑性黏度, 实验原料为电熔白刚玉(粒度分别为8~5mm、 屈服应力反映了流体开始变形的难易,而塑性黏度 53mm、3~1mm、1~0mm、200目、320目)、a- 反映了流体的内摩擦力大小1-.对于流变参数和 Ab03微粉和纯铝酸钙水泥等.主要原料的理化性 流动参数之间的关系,混凝土行业就新拌混凝土做 能如表1所示,分散剂为S10其主要成分为聚乙 过研究,并建立了一些模型?),但对于耐火浇注料 二醇类高分子物质,实验所用的刚玉质自流浇注料 的流变性和流动性关系的研究较少.因此,本文对 的基础配方见表2 表1原料的理化性能 Table 1 Physical and chemn ical properties of raw materials 化学成分(质量分数)% 真密度/ 原料 AbOs S02 Fc203 N0十Kz0 Cao (gm-3) 电熔白刚玉 ≥99.2 ≤0.20 0.15 0.35 3.920 a一Ab03微粉 ≥99 ≤0.06 ≤0.03 ≤0.06 ≤0.6 3.960 纯铝酸钙水泥 ≥68 ≤0.5 ≤0.5 ≤30 2.958 表2刚玉质自流浇注料的基础配方 流动性的测试除采用常规的自流值来测量流动 Table 2 Basic fomul of the conndum based self-flow castabl 程度外,还参考混凝土的相关研究[,自制了L型 原料 配比(质量分数)% 流动性测试装置来测量自流浇注料的流动速度,其 电熔白刚玉8-0mm 63 结构和尺寸见图2实验时先在左侧的长方体空间 电熔白刚玉细粉200目 10 内填充一定量的自流浇注料,然后按下挡板上升开 电熔白刚玉细粉320目 公 关,挡板升起后,自流浇注料在自重作用下,自动下 a-Ab03微粉 9 塌并沿水平方向流动.以自流浇注料流经30m距 纯铝酸钙水泥 3 离所需的时间T来表征浇注料的流动速度 分散剂FS10 +0.2 子照相机 浇注料流变仪示于图1流变性的测定方法为 循环剪切,转速N由10-70-10rmm,单个转速 点剪切时间为10s扭矩采集周期为10s将下行线 进行B ingham模型的拟合,求出相对屈服应力、相对 800 塑性黏度和相对平均黏度(下行线扭矩转速的平 图2L型流动性测试装置示意图(单位:mm) 均值,单位为N.mm inr) Fig2 Schemnatic diagmm of Lbox flowability test apparatus(unit mm) 考虑到混合工艺对新拌浇注料流变性和流动性 测量的重要性,将流变性、自流值和流动速度三项测 试项目所用浇注料同时置于同一搅拌机中混合,以 尽量消除混合工艺引起的测量误差。操作流程为: 按物料配比配制20kg浇注料,加水拌合均匀后分成 三份,分别放至浇注料流变仪、L型流动性测试装置 和自流值锥形模中,同时进行浇注料流变性和流动 性的测量 图1国产浇注料流变仪 实验研究内容包括加水量(质量分数4.9%~ Fg I Hamemade castable themmeter 5.3%)、分散剂FS10加入量(质量分数0.16%~
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 终限度;流动速度是指流动的快慢;偏析性是指材料 的泌水性.目前常用的自流值反映了自流浇注料的 流动程度而振动流动值则反映了振动浇注料的流 动速度这两个流动值都仅反映了流动性的一个方 面.耐火浇注料流变性包括屈服应力和塑性黏度 屈服应力反映了流体开始变形的难易而塑性黏度 反映了流体的内摩擦力大小 [1--10].对于流变参数和 流动参数之间的关系混凝土行业就新拌混凝土做 过研究并建立了一些模型 [7--8]但对于耐火浇注料 的流变性和流动性关系的研究较少.因此本文对 刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的关系进行 研究. 1 实验 实验原料为电熔白刚玉 (粒度分别为 8~5mm、 5~3mm、3~1mm、1~0mm、200目、320目 )、α-- Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥等.主要原料的理化性 能如表 1所示.分散剂为 FS10其主要成分为聚乙 二醇类高分子物质.实验所用的刚玉质自流浇注料 的基础配方见表 2. 表 1 原料的理化性能 Table1 Physicalandchemicalpropertiesofrawmaterials 原料 化学成分 (质量分数 )/% Al2O3 SiO2 Fe2O3 Na2O+K2O CaO 真密度/ (g·cm—3) 电熔白刚玉 ≥99∙2 ≤0∙20 ≤0∙15 ≤0∙35 — 3∙920 α--Al2O3微粉 ≥99 ≤0∙06 ≤0∙03 ≤0∙06 ≤0∙6 3∙960 纯铝酸钙水泥 ≥68 ≤0∙5 ≤0∙5 — ≤30 2∙958 表 2 刚玉质自流浇注料的基础配方 Table2 Basicformulaofthecorundum-basedself-flowcastable 原料 配比 (质量分数 )/% 电熔白刚玉 8~0mm 63 电熔白刚玉细粉 200目 10 电熔白刚玉细粉 320目 15 α--Al2O3微粉 9 纯铝酸钙水泥 3 分散剂 FS10 +0∙2 图 1 国产浇注料流变仪 Fig.1 Homemadecastablerheometer 浇注料流变仪示于图 1.流变性的测定方法为 循环剪切转速 N由 10→70→10r·min —1单个转速 点剪切时间为 10s扭矩采集周期为 10s.将下行线 进行 Bingham模型的拟合求出相对屈服应力、相对 塑性黏度和相对平均黏度 (下行线扭矩/转速的平 均值单位为 N·m·min·r —1 ). 流动性的测试除采用常规的自流值来测量流动 程度外还参考混凝土的相关研究 [9]自制了 L型 流动性测试装置来测量自流浇注料的流动速度其 结构和尺寸见图 2.实验时先在左侧的长方体空间 内填充一定量的自流浇注料然后按下挡板上升开 关挡板升起后自流浇注料在自重作用下自动下 塌并沿水平方向流动.以自流浇注料流经 30cm距 离所需的时间 T30来表征浇注料的流动速度. 图 2 L型流动性测试装置示意图 (单位:mm) Fig.2 SchematicdiagramofL-boxflowabilitytestapparatus(unit:mm) 考虑到混合工艺对新拌浇注料流变性和流动性 测量的重要性将流变性、自流值和流动速度三项测 试项目所用浇注料同时置于同一搅拌机中混合以 尽量消除混合工艺引起的测量误差.操作流程为: 按物料配比配制20kg浇注料加水拌合均匀后分成 三份分别放至浇注料流变仪、L型流动性测试装置 和自流值锥形模中同时进行浇注料流变性和流动 性的测量. 实验研究内容包括加水量 (质量分数 4∙9% ~ 5∙3% )、分散剂 FS10加入量 (质量分数 0∙16% ~ ·240·
第2期 曹喜营等:刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系 .241. 0.22%)、纯铝酸钙水泥加入量(质量分数1%~ 大,自流速度增大(自流时间T减小) 4%)和a-Ab03微粉加入量(质量分数9%~12%) 。一4.9% 等对浇注料流变性和流动性的影响,并探讨了流变 -50% 性和流动性之间的关系,水和分散剂FS10以外加 ◆-5.1% -5.2% 的方式加入到浇注料中,纯铝酸钙水泥和α-Ab03 0-5.3% 微粉加入量变化时,相应减少浇注料组成中电熔白 刚玉细粉320目的含量, 2结果与讨论 2.1加水量 10 图3和表3为加水量对浇注料流变性和流动性 20304050607080 转速r,min 的影响,可以看出,随加水量的增加,各流变参数和 图3加水量对刚玉质自流浇注料流变性的影响 流动参数均呈现明显的单向变化,相对屈服应力、 Fig3 Influence of water addition on the theobgical pmoperties of the 相对塑性黏度以及相对平均黏度均减小,自流值增 conndum based self-foow castable 表3加水量对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响 Table 3 Infhience of water addition on the theolgical properties and flowability of the conndum based self-fow castabk 加水量/ 相对屈服应力/ 相对塑性黏度/ 相对平均黏度/ 自流值/ 自流时间, % (N.m) (N.m-min r1) (N.m-mi rl) % Tso/s 4.9 3.9350 0.1350 0.2803 98 70 5.0 3.4094 0.1275 0.2500 115 56 5.1 2.4533 0.1139 0.2014 117 而 5.2 1.9927 0.1188 0.1931 126 36 5.3 1.4044 0.1047 0.1563 130 24 2.2分散剂FS10加入量 16 图4和表4为分散剂FS10加入量(0.16%~ 14 -■-0.16% 0.22%)对浇注料流变性和流动性的影响,可以看 一。一0.18% 12 -▲-0.20% 出:随分散剂FS10加入量的增加(0.16%~ 10 --0.22% 0.20%),细粉和微粉的分散性提高,相对屈服应 力、相对塑性黏度和相对平均黏度减小,而自流值依 次增大,流动速度加快;当FS10加入量继续增大时 (0.20%0.229%),分散剂在细粉或微粉表面的吸 附达到饱和,出现分散剂过剩现象,引起胶体粒子的 絮凝,相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度 10 20 304050607080 转速rmin) 显著增大,而自流值大幅下降,自流时间显著增大, 图4S10加入量对刚玉质自流浇注料流变性的影响 流动速度变慢 Fig 4 Influence of FS10 addition on the theobgical pmperties of the conndum based self-flw castable 表4S10对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响 Table 4 Infhence of FS10 addition on the theolgical pmoperties and flwability of the conndum based self-fow castable FS10加 加水量/ 相对屈服应力/ 相对塑性黏度/ 相对平均黏度/ 自流值/ 自流时间, 入量% % (N.m) (N.mm in r1) (N.mmi rl) % T30/s 0.16 5.4 2.8464 0.0975 0.1997 99 ) 0.18 5.4 2.5584 0.0979 0.1907 107 39 0.20 5.4 1.9463 0.0921 0.1619 115 34 0.22 5.4 4.8301 0.1293 0.3031 94 61
第 2期 曹喜营等: 刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系 0∙22% )、纯铝酸钙水泥加入量 (质量分数 1% ~ 4% )和 α--Al2O3微粉加入量 (质量分数9% ~12% ) 等对浇注料流变性和流动性的影响并探讨了流变 性和流动性之间的关系.水和分散剂 FS10以外加 的方式加入到浇注料中纯铝酸钙水泥和 α--Al2O3 微粉加入量变化时相应减少浇注料组成中电熔白 刚玉细粉 320目的含量. 2 结果与讨论 2∙1 加水量 图 3和表 3为加水量对浇注料流变性和流动性 的影响.可以看出随加水量的增加各流变参数和 流动参数均呈现明显的单向变化.相对屈服应力、 相对塑性黏度以及相对平均黏度均减小自流值增 大自流速度增大 (自流时间 T30减小 ). 图 3 加水量对刚玉质自流浇注料流变性的影响 Fig.3 Influenceofwateradditionontherheologicalpropertiesofthe corundum-basedself-flowcastable 表 3 加水量对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响 Table3 Influenceofwateradditionontherheologicalpropertiesandflowabilityofthecorundum-basedself-flowcastable 加水量/ % 相对屈服应力/ (N·m) 相对塑性黏度/ (N·m·min·r—1) 相对平均黏度/ (N·m·min·r—1) 自流值/ % 自流时间 T30/s 4∙9 3∙9350 0∙1350 0∙2803 98 70 5∙0 3∙4094 0∙1275 0∙2500 115 56 5∙1 2∙4533 0∙1139 0∙2014 117 46 5∙2 1∙9927 0∙1188 0∙1931 126 36 5∙3 1∙4044 0∙1047 0∙1563 130 24 2∙2 分散剂 FS10加入量 图 4和表 4为分散剂 FS10加入量 (0∙16% ~ 0∙22% )对浇注料流变性和流动性的影响.可以看 出:随 分 散 剂 FS10加 入 量 的 增 加 (0∙16% ~ 0∙20% )细粉和微粉的分散性提高相对屈服应 力、相对塑性黏度和相对平均黏度减小而自流值依 次增大流动速度加快;当 FS10加入量继续增大时 (0∙20% ~0∙22% )分散剂在细粉或微粉表面的吸 附达到饱和出现分散剂过剩现象引起胶体粒子的 絮凝相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度 显著增大而自流值大幅下降自流时间显著增大 流动速度变慢. 图 4 FS10加入量对刚玉质自流浇注料流变性的影响 Fig.4 InfluenceofFS10additionontherheologicalpropertiesofthe corundum-basedself-flowcastable 表 4 FS10对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响 Table4 InfluenceofFS10additionontherheologicalpropertiesandflowabilityofthecorundum-basedself-flowcastable FS10加 入量/% 加水量/ % 相对屈服应力/ (N·m) 相对塑性黏度/ (N·m·min·r—1) 相对平均黏度/ (N·m·min·r—1) 自流值/ % 自流时间 T30/s 0∙16 5∙4 2∙8464 0∙0975 0∙1997 99 47 0∙18 5∙4 2∙5584 0∙0979 0∙1907 107 39 0∙20 5∙4 1∙9463 0∙0921 0∙1619 115 34 0∙22 5∙4 4∙8301 0∙1293 0∙3031 94 61 ·241·
.242 北京科技大学学报 第32卷 2.3纯铝酸钙水泥加入量 2.4a-AbO3微粉加入量 图5和表5为纯铝酸钙水泥加入量(1%~ 图6和表6为a-Ab03微粉加入量(9%~ 4%)对浇注料流变性能和流动性能的影响,可以看 12%)对浇注料流变性和流动性的影响,可以看出, 出,随纯铝酸钙水泥加入量的增加,流变参数和流动 随α~Ab03微粉加入量的增加,屈服应力显著减 参数有一定的变化,但变化不明显 小,塑性黏度变化不大,相对平均黏度逐渐减小,自 16 流值变化不明显,流动速度明显加快 14 。一1% -2% 16 -3% 量一9% 14 -。10% -4% 10H 12 一11% 一12% 10 8 10 20 304050607080 转速r-min 图5纯铝酸钙水泥加入量对浇注料流变性的彩响 '0 1020304050607080 转速r+min Fig 5 Infhence of calcim alm inate cement addition on the theo 图6ā-Ab03微粉加入量对刚玉质自流浇注料流变性的彩响 logical pmoperties of the conndum based self-flow castable Fig6 Influence of aAkOs addition on the theological pmperties of the conindum based self-flow castable 表5纯铝酸钙水泥加入量对浇注料流变性和流动性的影响 Table 5 Infhuence of calim ahm inate cement addition on the theological pmoperties and flowability of the conindum based self -flow castable 水泥 加水量/ 相对屈服应力/ 相对塑性黏度/ 相对平均黏度/ 自流值/ 自流时间, 加入量% % (N.m) (N.m-minr) (N.m-minr) % T30/s 5.3 4.6361 0.1055 0.2749 82 71 2 5.3 4.4401 0.1261 0.2891 74 70 9 5.3 4.1682 0.1273 0.2803 6 巴 4 5.3 4.2917 0.1500 0.3252 74 97 表6ā一A03微粉加入量对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响 Table 6 Infuence of a AbOs addition on the theobgical properties and flwability of the conindum -based self-flow castable a-AbO3微粉 加水量/ 相对屈服应力/ 相对塑性黏度/ 相对平均黏度/ 自流值/ 自流时间, 加入量% % (N.m) (N.mmin rl) (N.m-mi r1) % T30/s 9 5.4 3.5531 0.1144 0.2427 88 10 5.4 3.2766 0.1179 0.2361 84 49 公 5.4 2.9214 0.1056 0.2093 88 43 12 5.4 1.5658 0.1177 0.1737 92 30 2.5流变参数和流动参数之间的关系 减,自流值与相对塑性黏度不存在相关性,经过线 在前期实验的基础上,进一步研究流变参数和 性拟合,自流值和相对屈服应力的关系式为: 流动性的关系,图7和图8为浇注料自流值和流变 FL=147.542-15.289G (1) 参数之间的关系,从图中可以看出,在自流浇注料 式中,L为自流值,%;G为相对屈服应力,Nm 正常的自流值范围内,相对屈服应力变化范围很大 浇注料的自流时间T0与流变性的关系见图9 (1~5Nm),整体趋势上两者存在一个反向变化的 和图1Q可以看出,自流时间T0和相对屈服应力有 线性关系,自流值随相对屈服应力的增加而单调递 较好的线性相关性,而与相对塑性黏度不相关
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 2∙3 纯铝酸钙水泥加入量 图 5和表 5为纯铝酸钙水泥加入量 (1% ~ 4% )对浇注料流变性能和流动性能的影响.可以看 出随纯铝酸钙水泥加入量的增加流变参数和流动 参数有一定的变化但变化不明显. 图 5 纯铝酸钙水泥加入量对浇注料流变性的影响 Fig.5 Influenceofcalciumaluminatecementadditionontherheo- logicalpropertiesofthecorundum-basedself-flowcastable 2∙4 α--Al2O3微粉加入量 图 6和表 6为 α--Al2O3 微粉加入量 (9% ~ 12% )对浇注料流变性和流动性的影响.可以看出 随 α--Al2O3 微粉加入量的增加屈服应力显著减 小塑性黏度变化不大相对平均黏度逐渐减小自 流值变化不明显流动速度明显加快. 图 6 α--Al2O3微粉加入量对刚玉质自流浇注料流变性的影响 Fig.6 Influenceofα-Al2O3additionontherheologicalpropertiesof thecorundum-basedself-flowcastable 表 5 纯铝酸钙水泥加入量对浇注料流变性和流动性的影响 Table5 Influenceofcalciumaluminatecementadditionontherheologicalpropertiesandflowabilityofthecorundum-basedself-flowcastable 水泥 加入量/% 加水量/ % 相对屈服应力/ (N·m) 相对塑性黏度/ (N·m·min·r—1) 相对平均黏度/ (N·m·min·r—1) 自流值/ % 自流时间 T30/s 1 5∙3 4∙6361 0∙1055 0∙2749 82 71 2 5∙3 4∙4401 0∙1261 0∙2891 74 70 3 5∙3 4∙1682 0∙1273 0∙2803 76 82 4 5∙3 4∙2917 0∙1500 0∙3252 74 97 表 6 α--Al2O3微粉加入量对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响 Table6 Influenceofα-Al2O3additionontherheologicalpropertiesandflowabilityofthecorundum-basedself-flowcastable α--Al2O3微粉 加入量/% 加水量/ % 相对屈服应力/ (N·m) 相对塑性黏度/ (N·m·min·r—1) 相对平均黏度/ (N·m·min·r—1) 自流值/ % 自流时间 T30/s 9 5∙4 3∙5531 0∙1144 0∙2427 88 10 5∙4 3∙2766 0∙1179 0∙2361 84 49 11 5∙4 2∙9214 0∙1056 0∙2093 88 43 12 5∙4 1∙5658 0∙1177 0∙1737 92 30 2∙5 流变参数和流动参数之间的关系 在前期实验的基础上进一步研究流变参数和 流动性的关系.图 7和图 8为浇注料自流值和流变 参数之间的关系.从图中可以看出在自流浇注料 正常的自流值范围内相对屈服应力变化范围很大 (1~5N·m)整体趋势上两者存在一个反向变化的 线性关系自流值随相对屈服应力的增加而单调递 减.自流值与相对塑性黏度不存在相关性.经过线 性拟合自流值和相对屈服应力的关系式为: FL=147∙542—15∙289G (1) 式中FL为自流值%;G为相对屈服应力N·m. 浇注料的自流时间 T30与流变性的关系见图 9 和图 10.可以看出自流时间 T30和相对屈服应力有 较好的线性相关性而与相对塑性黏度不相关. ·242·
第2期 曹喜营等:刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系 .243 200 100 y=147.542-15.289x 150 =0.75 ■ 40 50- 2 34 5 0.06 0.080.100.12014 0.16 相对屈服应力,m 相对塑性黏度N,mmin·r 图7浇注料自流值与相对屈服应力的关系 图10浇注料自流时间与相对塑性黏度的关系 Corelation beteen the self flow vahe and relative yiel Fig 10 Correlation beteen the self-fow tine and relative plastic stress of the castabl viscosity of the castable 200 100r y=-31.610-375.185x 150 80- ◆ R2-0.91 60 100 40 ◆ 50 20 ◆ 6.05 0.10 0.15 0.20 相对塑性黏度/N,m.min.r 0.10 0.150.200.250.300.35 平均表观黏度N.m.min.r) 图8浇注料自流值与相对塑性黏度的关系 图11浇注料自流时间与相对平均黏度的关系 Fig 8 Correlation betveen the self-fow vahe and welative plastic Fig 11 Correlation between the self-flow tme and relative average viscosity of the castable viscosity of the castable 100 关系式为: 3y=1.278+16.603x R=0.82 T30=-31.610+375.1851 80 (2) ■■ 式中,T0为自流时间,s,为相对平均黏度,Nm 60 min r. 以上的实验结果表明,流变参数和流动性之间 有较好的相关性,可以通过流变参数的测定来预测 20 浇注料的流动性能,包括流动程度和流动速度, 3结论 相对屈服应力Nm) (1)随加水量增加(4.9%~5.3%),相对屈服 图9浇注料自流时间与相对屈服应力的关系 应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小,自 Fg9 Cormelation beween the self flow time and melative yiel stress 流值和流动速度逐渐增大, of the castable (2)随分散剂FS10加入量的增加(0.16%~ 由图11可见,自流时间T0和相对平均黏度也 0.20%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均 具有较好的相关性,其相关系数大于自流时间T0和 黏度逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大:FS10 相对屈服应力的相关性, 加入量继续增大时(0.20%~0.22%),相对屈服应 经过线性拟合,自流时间T和相对平均黏度的 力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大,而自流
第 2期 曹喜营等: 刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系 图 7 浇注料自流值与相对屈服应力的关系 Fig.7 Correlationbetweentheself-flow valueandrelativeyield stressofthecastable 图 8 浇注料自流值与相对塑性黏度的关系 Fig.8 Correlationbetweentheself-flowvalueandrelativeplastic viscosityofthecastable 图 9 浇注料自流时间与相对屈服应力的关系 Fig.9 Correlationbetweentheself-flowtimeandrelativeyieldstress ofthecastable 由图 11可见自流时间 T30和相对平均黏度也 具有较好的相关性其相关系数大于自流时间 T30和 相对屈服应力的相关性. 经过线性拟合自流时间 T30和相对平均黏度的 图 10 浇注料自流时间与相对塑性黏度的关系 Fig.10 Correlationbetweentheself-flowtimeandrelativeplastic viscosityofthecastable 图 11 浇注料自流时间与相对平均黏度的关系 Fig.11 Correlationbetweentheself-flowtimeandrelativeaverage viscosityofthecastable 关系式为: T30=—31∙610+375∙185η∗ (2) 式中T30为自流时间s;η∗ 为相对平均黏度N·m· min·r —1. 以上的实验结果表明流变参数和流动性之间 有较好的相关性可以通过流变参数的测定来预测 浇注料的流动性能包括流动程度和流动速度. 3 结论 (1) 随加水量增加 (4∙9% ~5∙3% )相对屈服 应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小自 流值和流动速度逐渐增大. (2) 随分散剂 FS10加入量的增加 (0∙16% ~ 0∙20% )相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均 黏度逐渐减小自流值和流动速度逐渐增大;FS10 加入量继续增大时 (0∙20% ~0∙22% )相对屈服应 力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大而自流 ·243·
.244. 北京科技大学学报 第32卷 值和流动速度大幅下降. Chengdu 2003,1 (3)随纯铝酸钙水泥加入量的增加(1%~ (李再耕,王战民,曹喜营.耐火浇注料流变特性研究新进展 4%),流变参数和流动参数有一定的变化,但变化 ∥全国不定形耐火材料学术会议论文集.成都,2003.1) [4]Jia Q L Ye F B.Zhong X C Effect of addition of Sialn on 不明显, theolgical pmperties of ahm ina based castabl Refractories (4)随α-Ak03微粉加入量的增加(9%~ 200640(2):107 12%),相对屈服应力和相对平均黏度均减小,相对 (贾全利,叶方保,钟香崇.BSam加入量对刚玉基超低水 塑性黏度变化不大,自流值变化不大,流动速度 泥浇注料流变性的影响.耐火材料,2006,40(2):107) [5]Ma C L Zhang D W,Ye F B.et al Influences of additions of 加快, m icm"silica and AkOs ultra fine powder on theological pmoperties (5)流变参数和流动参数之间的关系为:自流 ofMgo-ased castables Refmactories 2005.39(3):179 值L和相对屈服应力G有较好的相关性,拟合关 (马成良,张殿伟,叶方保,等.二氧化硅和氧化铝微粉加入量 系式为L=147.542-15.289G,而流动速度(表现 对M0基浇注料流变性的影响.耐火材料,200539(3):179) 为自流时间T0)和相对平均黏度?,有较好的相关 [6]Jia QL Ye F B.R igaud M.et al Influence of particle size dis- trbution on theobgical pmoperties of ultma-low cement ahm ina- 性,拟合关系式为T0=一31.610十375.1851. based castable Refractories 2004.38(3):168 (贾全利,叶方保,R igaud M,等.粒度分布对超低水泥刚玉 参考文献 质浇注料流变性的影响.耐火材料,2004,38(3):168) [1]Cao X Y,W angZ M.LiS F et al The present situation and ap- [7]Chong H.Francois D L Rheology of fresh high perfomance con- plication of castabl themmeter Pmoccedings of China Unshaped cmete Cam Concr Res 1996.26(2):283 Refractories Baotou 2007:227 [8]Jon E W.Relationship beween the Bingham panmeters and (曹喜营,王战民,李少飞,等.全组分流变仪的现状及应 shmp Cem Coner Res 2006.36(7):1214 用/全国不定形耐火材料学术会议论文集,包头,2007 [9]Feng N Q.High Perfomance Concrete Beijing China Arhitee- 227) ture Builing Press 1992 128 [2]LiS F Investigation on Rheolog icalBehavior of Shotcreting AkOs- (G冯乃谦.高性能混凝土,北京:中国建筑工业出版社,1992 SCC Castables [Dissertation Luoyang Snosteel Corporation 128) Luoyang Institute of Refmctories Research Co L,2007:24 [10]Cao X Y.W ang S Y.Feng H X.et al The theobgy research of (李少飞·湿式喷射用AbO3-SC-C质浇注料流变性的研究 bauxite based AkOs Mgo vibration castable J Univ Sci Technol [学位论文】洛阳:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司, Beijng2009,31(12):1588 2007:24) (曹喜营,王守业,冯海霞,等.矾土基Ak03M0质振动浇 [3]LiZ G.Wang Z M.Cao X Y.New development of castable's 注料的流变性能研究.北京科技大学学报,200931(12): theolgical researh P mocedings of China Unshaped Refmactories 1588)
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 值和流动速度大幅下降. (3) 随纯铝酸钙水泥加入量的增加 (1% ~ 4% )流变参数和流动参数有一定的变化但变化 不明显. (4) 随 α--Al2O3 微粉加入量的增加 (9% ~ 12% )相对屈服应力和相对平均黏度均减小相对 塑性黏度变化不大自流值变化不大流动速度 加快. (5) 流变参数和流动参数之间的关系为:自流 值 FL和相对屈服应力 G有较好的相关性拟合关 系式为 FL=147∙542—15∙289G;而流动速度 (表现 为自流时间 T30)和相对平均黏度 η∗ 有较好的相关 性拟合关系式为 T30=—31∙610+375∙185η∗. 参 考 文 献 [1] CaoXYWangZMLiSFetal.Thepresentsituationandap- plicationofcastablerheometer∥ ProceedingsofChinaUnshaped Refractories.Baotou2007:227 (曹喜营王战民李少飞等.全组分流变仪的现状及应 用//全国不定 形 耐 火 材 料 学 术 会 议 论 文 集.包 头2007: 227) [2] LiSF.InvestigationonRheologicalBehaviorofShotcretingAl2O3- SiC-CCastables [Dissertation].Luoyang:SinosteelCorporation LuoyangInstituteofRefractoriesResearchCo.Ltd.2007:24 (李少飞.湿式喷射用 Al2O3--SiC--C质浇注料流变性的研究 [学位论文 ].洛阳:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 2007:24) [3] LiZGWangZMCaoX Y.Newdevelopmentofcastableʾs rheologicalresearch∥ProceedingsofChinaUnshapedRefractories. Chengdu2003:1 (李再耕王战民曹喜营.耐火浇注料流变特性研究新进展 ∥全国不定形耐火材料学术会议论文集.成都2003:1) [4] JiaQLYeFBZhongXC.Effectofadditionofβ-Sialonon rheologicalpropertiesofaluminabased castable. Refractories 200640(2):107 (贾全利叶方保钟香崇.β-Sialon加入量对刚玉基超低水 泥浇注料流变性的影响.耐火材料200640(2):107) [5] MaCLZhangDWYeFBetal.Influencesofadditionsof micro-silicaandAl2O3ultrafinepowderonrheologicalproperties ofMgO-basedcastables.Refractories200539(3):179 (马成良张殿伟叶方保等.二氧化硅和氧化铝微粉加入量 对 MgO基浇注料流变性的影响.耐火材料200539(3):179) [6] JiaQLYeFBRigaudMetal.Influenceofparticlesizedis- tributiononrheologicalpropertiesofultra-low cementalumina- basedcastable.Refractories200438(3):168 (贾全利叶方保RigaudM等.粒度分布对超低水泥刚玉 质浇注料流变性的影响.耐火材料200438(3):168) [7] ChongHFrancoisDL.Rheologyoffreshhigh-performancecon- crete.CemConcrRes199626(2):283 [8] JonE W.RelationshipbetweentheBingham parametersand slump.CemConcrRes200636(7):1214 [9] FengNQ.HighPerformanceConcrete.Beijing:ChinaArchitec- ture&BuildingPress1992:128 (冯乃谦.高性能混凝土.北京:中国建筑工业出版社1992: 128) [10] CaoXYWangSYFengHXetal.Therheologyresearchof bauxitebasedAl2O3-MgOvibrationcastable.JUnivSciTechnol Beijing200931(12):1588 (曹喜营王守业冯海霞等.矾土基 Al2O3-MgO质振动浇 注料的流变性能研究.北京科技大学学报200931(12): 1588) ·244·