浇注料是不经高温烧结而浇筑后直接使用的一种耐火材料， 颗粒之间无烧结制品所具有的那种陶瓷结构，产品的性能在很大程度上受结合剂的硬性。硅酸铝浇注料中：铝酸钙水泥量结合剂加入量过少，会导致早期强度低，硬化时间过长，施工风险性增加;铝酸钙水泥加入量过多，水泥中的CaO在高温下可以原料中的Al₂O₃和SiO₂反应生成钙长石(CaO·Al₂O₃·2SiO₂)等低熔物，对浇注料的高温性能不利。因此硅酸铝浇注料中水泥的加入量对硅酸铝浇注料的性能的影响有着实际意义。

实验

实验用原料的化学成分如表1所示。

表1 原料化学成分(质量%)

在实验中，骨料为铝矾土，粒度8~5mm、5~3mm、3~1mm、1~0mm;细粉为矾土粉和硅微粉，粒度≤0.088mm;铝酸钙水泥加入量为3%，5%，7%，9%，11%。按配比称料搅拌，加水振动成形，自然养护24h后脱模，在110℃×24h、1100℃×3h、1450℃×3h烧成，最后检测各项性能指标。

结果及分析

水泥加入量对浇注料体积密度的影响

①110℃×24h烘干时，当水泥加入量小于5%时，由于水泥细粉的充填空隙作用，材料颗粒堆积的致密度逐渐提高并占主导作用;由于水泥加入量少，水泥水化产物烘干后水分排除导致体积密度减小的影响较弱，故随着水泥加入量的增大，试样的体积密度呈增大的趋势;当水泥加入量大于5%时，随着水泥加入量的密度下降;同时大量的水泥水化产物烘干后失去自由水和部分结合水导致材料气孔逐渐增多，从而使试样的体积密度逐渐减小。②1100℃×3h，试样体积密度普遍较小，变化规律基本同110℃×24h。因为在1100℃，由于烧成温度低，材料内部形成的液相量少，不足以填充空隙以提高材料的致密度;另外，在此温度下，试样的主要变化是水泥水化产物的完全脱水，加入的水泥量越多，水泥脱水后留下的气孔就越多，体积密度就越小。③1450℃×3h，随水泥加入量的增加，试验体积密度逐渐增大，且数值最大。在1450℃高温下，对CaO-Al₂O₃-SiO₂三元系统来说，主要反应就是低共熔物的形成，产生大量液相，并填充空隙，使材料结构致密程度提高，体积密度增大。同时细粉中Al2O3和SiO2在1400℃左右剧烈形成莫来石(3Al₂O₃+2SiO₂→3Al₂O₃·2SiO₂)，莫来石形成产生的体积膨胀效应也可填充材料空隙，提高致密度。两方面作用结果，使体积密度随水泥加入量的增加而增大。

2 水泥加入量对浇注料耐压强度的影响

①110℃×24h烘干后，随着水泥加入量的增加，水泥水化形成的铝酸钙水化产物逐渐增多，水泥水化形成的铝酸钙水化产物逐渐增多，水泥的交结硬化作用逐渐加强，浇注料的耐压强度逐渐增多。②1100℃×3h，水泥水化产物完全脱水留下大量气孔，而材料此时尚未达到烧结温度，试样强度主要由材料的紧密堆积程度决定。当水泥加入量小于5%时，水泥水化产物完全脱水留下的气孔总量少，对材料性能影响夜宵;但此时，随着水泥加入量增加，材料紧密堆积程度却逐渐提高，耐压强度逐渐增大。由于水泥细粉过剩，材料紧密堆积程度反而逐渐降低;同时水泥水化产物完全脱水留下的气孔逐渐增多，造成试样的致密度下降，结构疏松，强度逐渐下降。③在1450℃×3h，可知试样耐压强度变化规律基本同上，但是总体上逗比110℃和1100℃有所增大，这是因为在1450℃高温下，水泥的胶凝作用消失，而此时烧结作用占主导，大量低共熔物相产生，液相填充空隙，材料结构致密化程度提高;同时细粉中针状、柱状莫来石的生成，强化了细粉与颗粒之间的结合，耐压强度普遍提高。至于在1450℃×3h，当水泥加入量大于5%时，耐压强度逐渐降低，这可能与在1450℃高温下液相的逐渐增多导致材料中颗粒之间的支撑作用减弱有关。

3. 水泥加入量对浇注料线变化率的影响

①在1100℃×3h，线变化率变化幅度不大。这是因为升温到1100℃的过程中，烧结作用不占主导，形成的液相量较少，尚未形成陶瓷结构，不会引起较大的体积收缩;同时水泥脱水形成气孔的过程也不会有太大的变化。②在1450℃×3h，线变化率变化较大，随着水泥加入量的增加，试样明显表现出收缩现象。这是因为在1450℃高温下，试样中CaO-Al₂O₃-SiO₂低共熔物发生反应，生成大量低共熔液相。随着水泥加入量的增大，CaO含量增多，生成的液相增多，液相填充引起体积收缩的效应就大，因此此时试样收缩率大，线变化率就大。

结论

在硅酸铝系浇注料中，水泥加入量过多或过大，均不利于材料性能的提高。当铝酸钙水泥加入量为5%时，试样耐压强度高、体积密度较大，烧后线变化率小，试样整体性能好，能满足使用性能指标要求。