耐火材料与保温技术

耐火材料与保温技术
摘要：文章根据我国主要保温材料的应用，分析其各自特点，结合国外保温材料的发展现状，分析今后我国保温材料的发展。

耐火材料一般是指耐火度在1580oC以上的无机非金属材料.它包括天然矿石及按照一定的目的要求经过一
定的工艺制成的各种产品.具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性，是各种高温设备必需的材料．
关键词耐火材料;保温材料；复合；绿色环保
一耐火材料分类
耐火材料的分类方法有很多．但主要的有按化学成分划分：可以分为酸性、碱性和中性；按耐火度划分：可以分为普遍耐火材料（1580~1770°C）高级耐火材料(1770~2000°C)特级耐火材料(2000°C以上)和超级耐火材料(大于
3000°C)四大类;按加工制造工艺划分:可分为烧成制品、熔铸制品、不烧制品;按用途划分:可分为高炉用、平炉用、转炉用、连铸用、玻璃窑用、水泥窑用耐火材料等;按外观划分:可分为耐火制品、耐火泥、不定形耐火材料;按形状和尺寸划分可分为:标型、普型、异型、特型和超特型制品;按成型工艺划分:可分为天然岩石切锯、泥浆浇注、可塑成型、半干成型和振动、捣达、熔铸成型等制品;按化学－矿物组成划分：可分为硅酸铝质（粘土砖、高铝砖、半硅砖）硅质（硅砖、熔融石英烧制品）镁质（镁砖、镁铝砖、镁铬砖）；碳质(碳砖、石墨砖）白云石质、锆英石质、特殊耐火材料制品（高纯氧化物制品、难熔化合物制品和高温复合材料）．
二、经常使用的耐火材料
经常使用的普通耐火材料有硅砖、半硅砖、粘土砖、高铝砖、镁砖等.
经常使用的特殊材料有AZS砖、刚玉砖、直接结合镁铬砖、碳化硅砖、氮化硅结合碳化硅砖,氮化物、硅化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化钙、氧化铬、氧化铝、氧化镁、氧化铍等耐火材料.
经常使用的隔热耐火材料有硅藻土制品、石棉制品、绝热板等.
经常使用的不定形耐火材料有补炉料、耐火捣打料、耐火浇注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火喷补料、耐火投射料、耐火涂料、轻质耐火浇注料、炮泥等.
三、耐火制品的类别
1、高铝制品
2、莫来石质制品
3、粘土制品
4、硅质制品
5、镁质制品
6、含碳制品
7、含锆制品
8、隔热制品
四、耐火材料的物理性能
耐火材料的物理性能包括结构性能、热学性能、力学性能、使用性能和作业性能.
耐火材料的结构性能包括气孔率、体积密度、吸水率、透气度、气孔孔径分布等.
耐火材料的热学性能包括热导率、热膨胀系数、比热、热容、导温系数、热发射率耐火材料的力学性能包括耐压强度、抗拉强度、抗折强度、抗扭强度、剪切强度、冲击强度、耐磨性、蠕变性、粘结强度、弹性模量等。

耐火材料的使用性能包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗碱性、抗水化性、抗CO侵蚀性、导电性、抗氧化性等。

耐火材料的作业性包括稠度、塌落度、流动度、可塑性、粘结性、回弹性、凝结性、硬化性等。

五、特种耐火材料.它与传统的陶瓷和耐火材料的区别
特种耐火材料是在传统的陶瓷和一般耐火材料的基础上发展起来的新型无机非金属材料。

它具有以下特性：高熔点、高纯度、良好的化学稳定性和热震稳定性。

特种耐火材料包括高熔点氧化物和难熔化合物及由此衍生的金属陶瓷、高温涂层、高温纤维及增强材料。

与传统的陶瓷和耐火材料相比，特种耐火材料纯度高、熔点高，电、热、机械和化学性能好，因此，可用于高、精、尖科技中；在制造工艺方面，原料一般要经过预烧。

成型除传统方法外，还采用气相沉积、热压等新工艺。

成型料为微米级微粉料，烧成需在很高温度下及保护气氛中，可制成薄型制品（呈半透明状）。

六、不定型耐火材料及其特点
不定型耐火材料是由合理级配的粒状和粉状与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接使用的耐火材料。

七、不定型耐火材料用结合剂分类
按化学性质分有机和无机结合剂。

无机结合剂：
（１）硅酸盐类——硅酸钙水泥、水玻璃、结合粘土等。

（２）铝酸盐类——普通铝酸钙水泥、纯铝酸钙水泥、铝酸钡水泥等。

（３）磷酸盐类——磷酸、磷酸二氢铝、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、铝铬磷酸盐类。

（４）硫酸盐类——硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁等。

（５）氯化物类——氯化镁、氯化铁、聚合氯化铝等。

（６）溶胶类——硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶等。

有机结合剂：
（１）天然有机物——淀粉、糊精、阿拉伯树胶、纸浆废液、焦油、沥青、海澡酸钠等。

（２）合成有机物——环氧树脂、线性酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、聚苯乙烯、硅酸乙酯、聚胺脂树脂等。

按结合剂硬化条件分类：
（１）水硬性结合剂——硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等。

（２）气硬性结合性——水玻璃加氟硅酸钠、磷酸或磷酸二氢铝加氧化镁、氧化硅微粉加铝酸钙水泥等。

（３）热硬性结合剂——磷酸、磷酸二氢铝、甲阶酚醛树脂等。

按不同温度下结合作用分暂时性和永久性结合剂。

暂时性结合剂：
（１）水溶性结合剂——糊精、粉状羧甲基纤维素、粉状及液状木质素磺酸类材料、聚乙烯乙醇粉状晶体等。

（２）非水溶性结合剂——硬沥青类、石蜡、聚丙烯类等。

永久性结合剂：
（１）炭素结合剂——焦油沥青，酚醛树脂等。

（２）铝酸盐水泥。

（３）硅酸盐结合剂——水玻璃、硅酸乙脂等。

（４）磷酸及磷酸盐结合剂。

（５）氯化盐和硫酸盐结合剂。

八、结合剂的结合方式分类
（１）水化结合――借助于常温下结合剂与水发生水化反应生成水化产物而产生结合。

（２）化学结合――借助于结合剂与硬化剂，或结合剂与耐火材料之间在常温下发生化学反应，或加热时发生化学反应生成具有结合剂作用的化合物而产生结合。

（３）聚合结合――借助于加催化剂或交联剂，使结合剂发生缩聚形成网络状结构而产生结合强度。

（４）陶瓷结合――系指低温烧结结合，即在散状耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末，以大大降低液相出现温度，促进低温下固一液反应而产生低温烧结结合。

（５）粘着结合――是借助于如下几种物理作用之一而产生结合的。

１）物理吸附作用：依靠分子间的相互作用力――范德华力而产生结合的；２）扩散作用：在物质分子热运动的作用下，粘结剂与被粘结物的分子发生相互扩散作用，形成扩散层，从而形成牢固的结合；３）静电作用：粘结剂与被粘结物的界面存在着双电层，由双电层的静电引力作用而产生结合。

（６）凝聚结合――依靠加入凝聚剂使微粒子（胶体粒子）发生凝聚而产生结合。

保温材料简介
(一)矿物棉
岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉，它们都属于无机材料。

岩棉是一种来自天然矿物、无毒无害的绿色产品。

其防火性能好、耐久性好，能够做到与结构寿命同步，价格较低，在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。

但岩棉的质量优劣相差很大，保温性能好的密度低，其抗拉强度也低，耐久性比较差。

玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处，其手感好于岩棉，可改善工人的劳动条件，但价格较岩棉为高。

(二)聚苯乙烯泡沫塑料板
聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。

其表观密度小、导热系数小、吸水率低、隔音性能好、机械强度高而且尺寸精度高、结构均匀，主要应用有聚苯板、钢丝网架夹芯复合内外墙板、金属复合夹芯板。

虽然聚苯板作为保温材料在使用中具有良好的保温效果，但由于板材的特点使得聚苯板在施工中与主体连接时是以点固定为主、面固定为辅，板材之间要进行必要拼接、黏结，不适应外形较复杂建筑物的保温，施工工艺较复杂、综合成本高。

同时，由于聚苯板的憎水性与常规的亲水性材料不适应，导致其面层以外的后续施工质量不易保证，容易出现面层砂浆开
裂、脱落、空鼓等质量问题，对建筑物的外装饰如面砖、涂料的施工构成了很大的制约。

(三)发泡水泥
使用发泡水泥制作保温层，用于屋面保温和外墙保温，与聚苯乙烯板等其他隔热材料相比，导热系数较高，但是发泡水泥与结构层的附着性能较强，施工较方便、环保性较好。

采用发泡水泥作为屋面保温隔热材料，使得隔热层与楼板基面之间结合附着性能大大提高。

过去大多数地暖施工中采用苯板做隔热层，不能与原基面很好地结合，更没有有效的附着力，造成脱层、空鼓、龟裂等。

采用发泡水泥体作为保温隔热层，使发泡水泥隔热层与原楼板细小凸凹不平的基面填平，并可抓实、抓牢形成强有力的附着性能。

施工后使原有面层基本达到水平程度，给下道工序带来方便，并可保证面层薄厚均匀的整体效果。

(四)聚苯颗粒保温料浆
聚苯颗粒保温料浆是由聚苯颗粒和保温胶粉料分别按配比包装组成。

胶粉料采用预混干拌技术在工厂将水泥与高分子材料、引气剂等各种添加剂混均后包装，使用时按配比加水在搅拌机中搅拌成浆体后再加入聚苯颗粒，充分搅拌后形成塑性良好的膏状体，将其抹于墙体干燥后便形成保温性能优良的隔热层。

此种材料施工方便，保温性能良好。

其中聚苯颗粒可以采用工业品，也可以采用废旧聚苯保温板经机械破碎后的颗粒，这对于防止白色污染、保护环境十分有益。

但此种保温材料吸水率较其他材料高，使用时必须加做抗裂防水层。

抗裂防水保护层材料由抗裂水泥砂浆复合玻纤网组成，可长期有效控制防护层裂缝的产生。

聚苯颗粒保温料浆可以克服板材类的不足，因此它构成了建筑保温隔热材料的重要组成部分。

结语
随着国际耐火保温建材的发展，我国耐火保温材料的发展应综合考虑相关因素，如经济水平、生产原料、施工技术等，力求提高耐火保温效果，提高施工效率，减少能源消耗，减少环境污染和温室效应。