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結合劑是指添加到非塑性顆粒料或纖維狀材料中，使其具有作業(yè)性能和生坯強度或干燥強度的物質(zhì)。在耐火澆注料中，除了要考慮結合劑的結合性能外，還必須考慮到他們在加熱的過程中的變化、與被結合材料在高溫下的反應，以及對后者組成、顯微結構與性能的影響。結合劑是澆注料的重要組成部分，在一定條件下，其通過一定的方式結合，使?jié)沧⒘嫌不@得強度。結合劑作為決定澆注料的結構強度的主要配制組成物，為澆注料提供一定的流動度和脫模強度，對澆注料的性能影響很大。澆注料的結合劑很多，其分類方法也有很多種。

01按化學成分與性質(zhì)分

按照化學性質(zhì)可以分為有機結合劑和無機結合劑兩大類。

無機結合劑按其化學成分又可分為：

(1)硅酸鹽類。硅酸鹽水泥、水玻璃以及結合黏土。

(2)鋁酸鹽類。鋁酸鈣水泥(包括高純和低純)、鋁酸鋇水泥等等。

(3)磷酸鹽類。磷酸和各種磷酸鹽，例如磷酸二氫鋁、磷酸鎂、磷酸二氫銨、鋁鉻磷酸鹽、三聚磷酸鈉、磷酸鈉等。

(4)硫酸鹽。常見的有硫酸鋁、硫酸鎂等。

(5)氯化物。如氯化鎂與鹵水、聚合氯化鋁等。

(6)溶膠(或凝膠)及微粉。有氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠、氧化硅-氧化鋁復合溶膠、

有機類結合劑又可以分為：

(1)天然有機物或從天然有機物中分離出來的物質(zhì)。主要有淀粉、糊精、糖蜜、阿拉伯樹膠、紙漿廢液及木質(zhì)磺酸鈣、海藻酸鈉、焦油和瀝青等。

(2)合成有機物。包括各種樹脂，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂、呋喃樹脂等。此外，還有聚乙烯醇、羥甲基纖維素、硅酸乙酯、聚醋酸乙烯酯等。

有機結合劑也可分為水溶性與非水溶性兩類，非水溶性的碳化后所獲得的殘?zhí)驾^高。

02按硬化條件分類

按照澆注料的硬化條件可以分為三類：

(1)水硬性結合劑。加水后混合后經(jīng)養(yǎng)護，通過水化反應而凝結與硬化的結合劑。各種水泥就是這類結合劑。

(2)氣硬化性結合劑。指在常溫自然干燥條件下養(yǎng)護即可凝結、硬化的結合劑。如水玻璃、磷酸鹽類多為這種結合劑，通常需添加促凝劑。有時也要通過干燥以獲得較高的強度。

(3)熱硬性結合劑。是指需要經(jīng)過一定溫度(105~350℃)烘烤才凝結、硬化的結合劑，如酚醛樹脂結合劑。有時也需加入促凝材料，如用線型酚醛樹脂時，需要加入六次甲基四胺，通過加熱時發(fā)生的縮聚反應而硬化。

03按照結合機理分類

按照結合機理可以分為水化結合、化學結合、凝聚結合、縮聚結合、黏著結合和高溫液相結合六類。

水化結合是指在常溫下結合劑通過水化反應產(chǎn)生水化物而凝結、硬化并獲得強度。常見的水化結合劑有水合氧化鋁和鋁酸鈣水泥等水硬性結合劑;化學結合是指通過結合劑與被結合物料之間或者結合劑與外加的促凝劑之間的化學反應生成具有結合作用的物相而形成結合，常見的化學結合劑有堿金屬硅酸鹽和磷酸鹽;在固體小顆粒-水系統(tǒng)的懸浮液中加入凝聚劑或調(diào)節(jié)pH值使微顆粒發(fā)生凝聚而產(chǎn)生結合稱之為凝聚結合。各種膠體結合劑以及懸浮體類結合劑形成的結合均屬于這種類型?？s聚結合是指通過加入催化劑或交聯(lián)劑使結合劑發(fā)生縮聚反應形成的結合，大多數(shù)樹脂類結合劑形成的結合屬這類結合。

黏著結合是指通過物理或化學作用將固體連結在一起所形成的結合。包括物理吸附(范德華力)作用而形成的結合以及通過在固體顆粒表面形成化學鍵產(chǎn)生的化學吸附;其次是通過結合劑的滲透、擴撒在顆粒表面上形成相互連接的膜而產(chǎn)生的結合;再有就是通過結合劑與被黏結物質(zhì)界面上存在的雙電層，在靜電引入作用下被黏結在一起而形成的結合。高溫液相結合又稱陶瓷結合，常見于干式料中。最常用的是硼酐或硼酸作為剛玉干式料的結合劑。硼酐在450~550℃下可形成黏度較高的液相，能夠?qū)傆耦w粒結合在一起，隨著溫度的升高，氧化鋁可以通過固-液反應生成2Al2O3-B2O3，最后生成9Al2O3-B2O3。

常用結合劑——鋁酸鈣水泥

在目前的耐火澆注料中使用最為廣泛的結合劑就是鋁酸鈣水泥。它是將礬土質(zhì)和石灰質(zhì)的物料按照合適的比例進行混合，再采用熔融法或燒結法，最后將生成物磨成細粉，即得到了礬土水泥，又稱為鋁酸鈣水泥，還有用氧化鋁或礬土與白云石為原料制得含鎂鋁尖晶石的鋁酸水泥。從1916年開始鋁酸鈣水泥正式的商業(yè)化使用，也開始作為耐火澆注料的結合劑在耐火材料行業(yè)開始慢慢普及。

鋁酸鈣水泥的主要化學成分為氧化鋁和氧化鈣，同時含有少量的三氧化二鐵、二氧化硅和氧化鈦。因為鋁酸鈣水泥的原料和生產(chǎn)工藝的不同，其中的各種氧化物的含量也不一樣，根據(jù)其化學成分，即雜質(zhì)含量可以分為低純、中純與高純?nèi)?，?給出了具體化學成分分類的方法。

鋁酸鈣水泥的主要物相為一鋁酸鈣(CA)和二鋁酸鈣(CA2)，CA具有很高的水硬活性，雖然凝結速率不快但硬化速度很快，是鋁酸鈣水泥早期強度的主要來源。CA含量的普遍在40%-70%范圍內(nèi)，若含量過高，強度會主要集中在早期。CA2在低CaO含量的水泥中較多，水化硬化速度很慢，早期強度很低但后期強度較高。CA2水化硬化時間較長，并且水化后的強度不像CA那樣能隨著時間的延長而增大。如果CA2含量過高時(一般>30%)，水泥活性較差，會影響水泥的硬化性能。當Al2O3/CaO比值較小時，鋁酸鈣水泥中會生成少量C12A7，因其結構中存在很多空洞，所以水泥水化凝結速度很迅速，但是強度不高，C12A7通常以含量<2%的量存在。研究表明C12A7能夠使CA水化速率和水化程度更高。此外鋁酸鈣水泥中還含有少量的C2AS、C4AF、C2S。表2給出了低純、中純及高純鋁酸鈣水泥中的主要物相及它們的水化速度。

根據(jù)Al2O3含量的不同，鋁酸鈣水泥也可以被分為很多種類，例如Ca-50、Ca-60、Ca-70和Ca-80。Ca-50和Ca-60水泥又被稱為礬土水泥，其氧化鋁的含量一般在50%左右，主要以礬土礦和石灰石作為原料。Ca-70水泥的氧化鋁含量約為70%，屬于純鋁酸鈣水泥，通常以工業(yè)氧化鋁和氧化鈣為原料，其雜質(zhì)少，膠凝性好且耐火度高，因為它良好的性能，適用于耐火澆注料。Ca-80水泥氧化鋁微粉含量較多，通常可達到80%以上，因此也被稱為純鋁酸鈣水泥，其與Ca-70相比能夠有效的提高耐火澆注料的中溫結合強度。綜上可知，在鋁酸鈣水泥中氧化鋁的含量約高，其耐火度就越好，通常用于耐火材料中;氧化鋁含量越低，氧化鈣含量越高，水泥的水化性能越好，通常被用在混凝土和化工建材行業(yè)中。在過去的幾十年中，在耐火材料中應用最多的鋁酸鈣水泥為Ca-70。

鋁酸鈣水泥作為一種水化結合劑，在遇到水后發(fā)生的水化行為在較短的時間內(nèi)為澆注料提供足夠的的脫模強度，是澆注料常用的結合劑之一。鋁酸鈣水泥不僅通過水化反應進程與硬化過程影響澆注料的強度發(fā)展，還影響澆注料的流變形、表面損毀、碳酸化、燒后強度、體積，膨脹及蠕變等性能。鋁酸鈣水泥因為具有強度好，耐火度高，抗沖刷等特點，被廣泛的應用在國防、冶金、化工和建筑等相關行業(yè)。

凝膠結合在上世紀八十年代開始使用，主要是用硅溶膠取代鋁酸鈣水泥作為耐火澆注料的結合劑，它具有低水泥澆注料和超低水泥澆注料的大部分缺點，同時也解決了它們的大部分的缺點，其采用成熟的溶膠-凝膠技術，這些技術在高性能陶瓷上已經(jīng)被成功的應用，具有易成型、均勻性好、燒結溫度低等一些優(yōu)點。當硅溶膠注入到澆注料中后，耐火材料顆粒會被硅膠-凝膠包裹，這些被包裹的顆粒經(jīng)過干燥后會形成初始的強度。在剛玉質(zhì)澆注料和鋁硅質(zhì)澆注料中采用硅溶膠結合劑后，會減少氧化鈣的含量，使?jié)沧⒘系母邷匦阅芴岣?。但是其應用的廣泛程度還不如鋁酸鈣水泥。