自流耐火澆注料自流值檢測技術研究

一、檢測原理

自流耐火澆注料的自流性，本質(zhì)上是其在自重作用下克服內(nèi)部阻力（主要是顆粒間的摩擦力與漿體的屈服應力）而產(chǎn)生變形、流動直至攤平的能力。自流值的檢測即是對這一流動能力的量化評價。

其核心科學依據(jù)是流變學中的賓漢姆模型：τ = τ0 + ηpγ。其中，τ為剪切應力，τ0為屈服應力，ηp為塑性粘度，γ為剪切速率。自流過程主要克服的是屈服應力τ0。當澆注料拌合物的重力產(chǎn)生的剪切應力大于其初始屈服應力時，流動開始；當重力與內(nèi)部阻力達到平衡時，流動停止。自流值即是衡量該流動終鋪展范圍的指標。

檢測技術原理主要基于標準截錐模法：將制備好的澆注料拌合物填充于特定尺寸的截錐形試模中，然后垂直提起試模，拌合物在重力作用下向四周自然流散。靜止后，測量其大擴散直徑及垂直方向的中心高度。通過直徑的擴大程度或高度的降低程度，精確計算其自流值，從而間接反映拌合物的屈服應力大小和工作性能。

二、檢測項目

自流耐火澆注料的檢測是一個系統(tǒng)性工程，自流值是其核心工作性指標，但需與其他項目協(xié)同評價。

1. 工作性檢測項目：

   • 自流值： 核心檢測項目，表征在無外力振動下的流動攤平能力。

   • 流動時間： 測量拌合物通過特定孔徑器具所需時間，反映其粘度與流動速度。

   • 間隙通過性： 評估拌合物通過密集鋼筋或狹窄空間的能力，防止堵塞。

   • 抗偏析性： 檢驗在流動過程中骨料與基質(zhì)是否發(fā)生分離，確保均勻性。

2. 物理性能檢測項目：

   • 體積密度與顯氣孔率： 反映成型致密程度，影響強度與抗侵蝕性。

   • 線變化率： 測量烘烤與高溫處理后的永久性膨脹或收縮。

   • 常溫與高溫抗折/耐壓強度： 評價材料在不同溫度下的承載能力。

3. 高溫性能檢測項目：

   • 耐火度： 材料抵抗高溫而不熔化的能力。

   • 荷重軟化溫度： 在恒定載荷下，材料發(fā)生特定變形量的溫度。

   • 抗熱震性： 抵抗溫度急劇變化而不破壞的能力。

   • 重燒線變化： 在指定溫度下保溫一定時間后的尺寸穩(wěn)定性。

三、檢測范圍

自流耐火澆注料的自流值檢測廣泛應用于所有依賴其自流特性進行施工的工業(yè)領域。

1. 鋼鐵冶金行業(yè)： 高爐出鐵溝、魚雷罐內(nèi)襯、電爐三角區(qū)、鋼包底部等形狀復雜、難以振搗的部位。要求自流值適中，兼具良好的抗侵蝕性和抗熱震性。

2. 有色金屬行業(yè)： 熔鋁爐流口、沉淀池，銅冶煉陽極爐等。除自流性外，特別強調(diào)抗特定金屬熔液侵蝕的能力。

3. 建材行業(yè)： 水泥回轉(zhuǎn)窯窯口、噴煤管襯體、預熱器錐體等。要求自流值穩(wěn)定，高溫強度高。

4. 石油化工行業(yè)： 裂解爐、轉(zhuǎn)化爐等窯爐中結構復雜的襯里。要求自流性好，體積穩(wěn)定性優(yōu)異。

5. 電力與垃圾焚燒行業(yè)： 循環(huán)流化床鍋爐、垃圾焚燒爐燃燒室等。要求自流施工便捷，并具備良好的抗堿金屬蒸汽侵蝕能力。

各應用領域?qū)ψ粤髦档囊蠓秶ǔＴ?0%-80%之間，具體數(shù)值取決于結構形狀的復雜程度、配筋密度及施工厚度，需通過試驗確定優(yōu)區(qū)間。

四、檢測標準

國內(nèi)外標準對自流值檢測方法的規(guī)定基本一致，但在細節(jié)和配套指標上存在差異。

1. 標準：

   • ASTM C1446： 規(guī)定了耐火澆注料自由流動性的標準測試方法。采用內(nèi)徑70mm、下口內(nèi)徑100mm、高50mm的截錐模，提起后測量兩個垂直方向的直徑平均值，計算自流率（流動直徑與模體下口內(nèi)徑的百分比）。

   • ISO 1927-5： 與ASTM方法類似，是上廣泛認可的基準方法。

2. 中國標準：

   • GB/T 22589： 《耐火澆注料流動性的試驗方法》等效采用了標準，是國內(nèi)檢測的主要依據(jù)。其方法原理、試模尺寸與ASTM、ISO標準基本統(tǒng)一。

   • YB/T 4117： 《耐火澆注料自流值試驗方法》在行業(yè)內(nèi)部也廣泛應用，技術內(nèi)容與GB/T 22589協(xié)調(diào)一致。

3. 對比分析：

   • 共性： 核心檢測方法——截錐模法，已成為共識，保證了檢測結果的橫向可比性。

   • 差異： 不同標準或用戶技術協(xié)議中對加水量（或液固比）、攪拌制度、環(huán)境溫濕度控制、靜止時間的規(guī)范可能存在細微差別，這些都會影響自流值的終結果。此外，部分國外標準或企業(yè)內(nèi)控標準會同時要求檢測“L型儀流動性”或“U型儀填充性”等，以更全面地評估工作性。

五、檢測方法

以標準截錐模法為例，其操作要點如下：

1. 儀器準備： 確保截錐模、玻璃板、直尺、卡尺等潔凈干燥。

2. 樣品制備： 嚴格按照標準規(guī)定的配合比（特別是加水量）和攪拌程序，在攪拌機中制備均勻的澆注料拌合物。

3. 裝模： 將截錐模置于水平放置的中心鋪有濕布的玻璃板上。分兩次將拌合物裝入模內(nèi)，每次裝料后可用刮刀沿模頂刮平，無需振搗。

4. 提模： 緩慢垂直提起截錐模，讓拌合物在玻璃板上自然流散。提模過程應在3-5秒內(nèi)完成，避免抖動或傾斜。

5. 測量： 待流動停止后（通常約1-2分鐘），用卡尺測量拌合物底部擴散圓相互垂直的兩個方向的大直徑，精確至1mm。同時，可測量中心高度。

6. 計算：

   • 自流值（SF） = (D - 100) / 100 × 。其中D為兩次直徑測量的算術平均值（mm），100為試模下口內(nèi)徑（mm）。

   • 或通過中心高度計算：自流值 = (H0 - H1) / H0 × 。其中H0為裝料后模內(nèi)料柱高度（50mm），H1為流動停止后中心高度（mm）。

操作要點： 環(huán)境溫濕度需嚴格控制；加水量必須精確；攪拌時間與速度須一致；提模動作必須規(guī)范、垂直、平穩(wěn)；測量時機要準確，待流動完全停止。

六、檢測儀器

1. 自流值測定儀（截錐模與玻璃板套件）： 核心設備。試模通常由金屬（如不銹鋼）制成，內(nèi)壁光滑，尺寸精度要求高。玻璃板需有足夠的剛度和平整度。

2. 攪拌機： 強制式攪拌機，能確保澆注料與拌合液均勻混合。技術特點包括轉(zhuǎn)速可調(diào)、攪拌葉與鍋壁間隙小、卸料干凈無殘留。

3. 電子天平與量筒： 用于精確稱量原料和拌合水。天平精度需達0.1g，量筒精度需滿足體積測量要求。

4. 卡尺/鋼直尺： 用于測量流動直徑和高度。要求刻度清晰，量程足夠。

5. 恒溫恒濕養(yǎng)護箱： 用于控制試樣制備和養(yǎng)護的環(huán)境條件，確保檢測條件的一致性。

七、結果分析

1. 分析方法：

   • 直接判讀： 將計算得到的自流值與產(chǎn)品技術指標或施工要求進行比對。

   • 趨勢分析： 在固定配比下，改變加水量（或分散劑用量），繪制自流值變化曲線，分析其對用水量的敏感性。

   • 相關性分析： 將自流值與同期檢測的其它性能（如強度、體積密度）進行關聯(lián)，評估工作性與終性能的平衡。

2. 評判標準：

   • 合格判定： 自流值結果落在目標范圍內(nèi)（例如，技術協(xié)議要求的40%-60%），且拌合物表面光滑、邊緣清晰、無泌水、無骨料堆積，即判定為工作性合格。

   • 結果異常分析：

     • 自流值過低： 表明屈服應力過高。原因可能包括：加水量不足、分散劑失效或用量不足、原料吸水率高、拌合物已初凝。

     • 自流值過高或出現(xiàn)泌水、離析： 表明屈服應力過低，漿體無法有效懸浮骨料。原因可能包括：加水量過多、分散劑過摻、顆粒級配不合理（細粉含量不足）。

     • 流動不對稱： 提起試模時操作不垂直，或玻璃板不水平，或拌合物均勻性差。

自流值是指導施工配比調(diào)整的關鍵依據(jù)。理想的自流耐火澆注料應具備適宜的自流值，并能在此自流值下保持良好的穩(wěn)定性（不泌水、不離析）和優(yōu)異的施工后性能。