CN116425516B - 一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土及制备方法。采用的原料及其质量百分比如下:粒度为10~0.074mm的刚玉颗粒料30~50 wt%、粒度为10~0.074mm的微孔莫来石25~45wt%、粒度小于0.074mm刚玉细粉0~10wt%、纯铝酸钙水泥10~20wt%,另外外加占其原料总质量0.1~0.3wt%分散剂;按此质量百分比将原料和外加剂混合均匀,现场直接加水拌和,在模具中经振动成型可制得微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土。本发明具有透气性好、抗热冲击性好,耐高温、抗冲刷、低烧蚀特点,可用于火箭或深井导弹发射高温尾焰导流槽迎火面的直接接触区的防护层。

Description

一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土
技术领域
本发明属于耐火材料领域,具体涉及火箭发射工位导流槽用的一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土。
技术背景
发射工位导流槽是我国火箭或导弹发射工程最为关键的基础性设施之一,也关系着我国的国防工程建设。导流槽的功能就是将火箭发射时火箭助推器点火产生的高温高流速尾焰按设计方向排走,从而保证火箭发动机的正常工作,以消除其对周围设施的损坏。导流槽性能的好坏,不仅影响导流槽装置本身的使用功能,而且对火箭本体带来很大的影响。导流槽的主体结构多为钢筋混凝土,其表面为低烧蚀耐火钢筋混凝土作为防护层,抵挡火箭助推器点火产生的温度达2000℃以上和流速达2000m/s以上的尾焰的热冲击和烧熔。我国目前导流槽采用的是国家军用标准GJB1597-2018的D501、D502、D503、D504牌号的低烧蚀混凝土,王建亭、周季楠等在2008年1月公开发明专利CN101475381A,国军标和该专利采用高铝质或粘土质耐火砖破碎料作为集料,国军标中采用CA60H水泥,公开专利中采用CA65水泥和铝酸一钙为主矿相的水泥复合加入;该混凝土由于采用高铝质或粘土质废耐火砖破碎料作为集料,存在性能稳定性差、强度低(最高只要求≥30MPa)不抗冲刷、耐火度低,烧蚀率高的问题。高长贺、赵燕等在2021年7月公开的发明专利CN113149576A,采用微孔莫来石作为集料,以氧化铝微粉为填充料,以纯铝酸钙水泥作为结合剂 ,三者配合使用提高耐火混凝土体积稳定性和抗热冲击性;以上国军标和专利提及高铝砖、粘土砖的破碎块以及微孔莫来石骨料均提到吸水率和气孔率,表明它们为多孔材料,透气性较好,可有利于混凝土在受热冲击时混凝土内部水蒸气的排除,阻止混凝土因水蒸气压产生爆裂飞溅影响火箭的发射,达到提高耐火混凝土抗热冲击性的目的,但多孔材料会影响耐火混凝土的耐磨性和烧蚀率,而且它们的Al2O3含量不够高,影响材料耐火性能提升,不利于导流槽寿命的提高;随着我国火箭向大型和重型方向发展,火箭推力、尾焰气流和温度显著提升,对导流槽抗冲刷和耐烧蚀的要求更高;刚玉原料的耐火性能较好,刚玉的熔点可达2050℃,广泛用于高级耐火材料,其耐烧蚀性能明显优于高铝砖碎块和微孔莫来石,但其气孔率低,透气性较差,热膨胀率高,不利于混凝土抗热冲击。
发明内容
本发明的目的是提出一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土,使其能提高耐火混凝土的耐烧蚀和耐磨性,提高导流槽防护层寿命,满足我国重型大推力火箭导流槽的要求。
本发明的目的采用如下技术方案来实现:
一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土,烧蚀耐火混凝土采用的原料及质量百分比如下:粒度为10~0.074mm的刚玉颗粒料30~50wt%、粒度为10~0.074mm的微孔莫来石25~45wt%、粒度小于0.074mm刚玉细粉0~10wt%、纯铝酸钙水泥10~20wt%,另外外加占其原料总质量0.1~0.3wt%分散剂;按此质量百分比将原料和外加剂混合均匀,现场直接加水拌和,在模具中经振动成型可制得微孔莫来石—矾土复合的低烧蚀耐火混凝土。
所述刚玉颗粒料、刚玉细粉为Al2O3含量大于99wt%的电熔白刚玉或板状刚玉中的一种或两种。
所述的微孔莫来石是一种Al2O3含量在64-72wt%之间,主物相为莫来石,气孔率为23-28%,体积密度为2.0-2.4g/cm3之间的合成烧结莫来石。
本发明提出的一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土,刚玉熔点高,硬度大,可达2050℃,可提高耐火混凝土的抗烧蚀和抗冲刷性能,但刚玉致密,透气性差,且热膨胀系数大,为8.0~8.5×10-6/℃-1,使得耐火混凝土内部形成较高的蒸汽压力和热应力,不利于提高耐火混凝土的热冲击性能;微孔莫来石的透气性好,热膨胀系数小,为5~5.5×10-6/℃-1,有利于降低耐火混凝土内部的蒸汽压力和热应力,提高耐火混凝土的抗热冲击性,但其熔点较低且多孔抗不利于提高耐火混凝土的抗烧蚀和冲刷性能;本发明采用刚玉和微孔莫来石复合作为集料,通过控制微孔莫来石的粒度和加入量,使其分散在刚玉颗粒之间起到排气孔的作用,达到提高耐热混凝土的抗烧蚀和抗热冲击的目的;
综上,本发明充分利用刚玉和微孔莫来石的优点,既提高了混凝土的耐烧蚀性和抗冲刷性,又保证了其抗热冲击性,可用于火箭或深井导弹发射高温尾焰导流槽迎火面的直接接触区的防护层。
实施方式
以下结合实施例和对比例对本发明作进一步说明:
实施例和对比例中的原料均来自于普通市场市售,分散剂为市场销售的化工原料。
表1为实施例1-6,表中的单位为质量百分比
实施例1和5主要区别不同微孔莫来石颗粒的配入量,同时调整水泥配入量,实施例6的细粉部分全部配入纯铝酸钙水泥。
表2为对比例1-4,表中的单位为质量百分比
对比例1和对比例2中的刚玉颗粒配入量大,超出本发明的范围,
对比例3和对比例4中的微孔莫来石颗粒配入量大,超出本发明的范围,
按照实施例1-6和对比例1-4的质量百分比配制耐火混凝土,在强制搅拌机中干混均匀后,按实施例和对比例的加水量,按质量比外加入洁净自来水,搅拌4分钟后,按照实施例1-6和对比例1-4的质量百分比配制耐火混凝土,在强制搅拌机中干混均匀后,按实施例和对比例的加水量,按质量比外加入洁净自来水,搅拌4分钟后,在40×40×160mm,100×100×25mm,150×150×150mm的模具振动成型,在室温条件下养护7天脱模,继续养护21天后,按照GB/T4513.6-2017测试混凝土的抗折强度、耐压强度;按照GB/T18301-2012测试混泥土的耐磨性,按照GJB1597-2018测定其烧蚀率。
表3实施例1-6和对比例1-4制得的耐火混凝土性能测试结果
表3中的数据可以看出:微孔莫来石的配入量和水泥配入量对混凝土的强度、耐磨性和烧失率都有明显的影响,配入合理的微孔莫来石量的实施例烧失率不超过0.5mm/s,磨损量也比较低,均在7cm3以下; 对比例1和2没有配入微孔莫来石或配入少量微孔莫来石,虽然强度比较高、磨损量比较低,但烧蚀时出现剥落,导致烧失率较大;对比例3和4配入较多微孔莫来石或颗粒全部为微孔莫来石,磨损量较大,均超过11cm3, 烧失率也明显比实施例的高。

Claims (3)

1.一种微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土,其特征在于:烧蚀耐火混凝土采用的原料及质量百分比如下:粒度为10~0.074mm的刚玉颗粒料30~50wt%、粒度为10~0.074mm的微孔莫来石25~45wt%、粒度小于0.074mm刚玉细粉0~10wt%、纯铝酸钙水泥10~20wt%,另外外加占其原料总质量0.1~0.3wt%分散剂;按此质量百分比将原料和外加剂混合均匀,现场直接加水拌和,在模具中经振动成型可制得微孔莫来石—矾土复合的低烧蚀耐火混凝土,通过控制微孔莫来石的粒度和加入量,使微孔莫来石分散在刚玉颗粒之间,起到排气孔的作用。
2.根据权利要求1所述的微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土,其特征在于:所述刚玉颗粒和刚玉细粉是Al2O3含量大于99wt%的电熔白刚玉或板状刚玉中的一种或两种,刚玉颗粒粒度为10mm~0.074mm。
3.根据权利要求1所述的微孔莫来石—刚玉复合的低烧蚀耐火混凝土,其特征在于:微孔莫来石是一种Al2O3含量在64-72wt%之间,主物相为莫来石,气孔率为23-28%,体积密度为2.0-2.4g/cm3之间的合成烧结莫来石。
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