Los hormigones refractarios de bajo contenido de cemento se comparan con los hormigones refractarios tradicionales de cemento aluminato. La cantidad de cemento añadida en los hormigones refractarios tradicionales de cemento aluminato suele ser del 12-20%, y la cantidad de agua añadida generalmente del 9-13%. Debido a la gran cantidad de agua añadida, el cuerpo moldeado presenta muchos poros, no es denso y tiene baja resistencia; debido a la gran cantidad de cemento añadida, aunque se pueden obtener resistencias más altas a temperaturas normales y bajas, la resistencia disminuye debido a la transformación cristalina del aluminato de calcio a temperaturas medias. Evidentemente, el CaO introducido reacciona con el SiO2 y el Al2O3 en el hormigon para generar algunas sustancias de bajo punto de fusión, lo que resulta en el deterioro de las propiedades del material a altas temperaturas.
Cuando se utiliza tecnología de polvo ultrafino, aditivos de alta eficiencia y granulometría científica de partículas, el contenido de cemento del refractario se reduce a menos del 8% y el contenido de agua se reduce a ≤7%, y se puede preparar un refractario de la serie de bajo cemento y llevarlo a un contenido de CaO ≤2,5%, y sus indicadores de rendimiento generalmente superan los de los refractarios de cemento aluminato. Este tipo de refractario tiene buena tixotropía, es decir, el material mezclado tiene una cierta forma y comienza a fluir con una pequeña fuerza externa. Cuando se retira la fuerza externa, mantiene la forma obtenida. Por lo tanto, también se le llama refractario tixotrópico. El refractario autofluido también se llama refractario tixotrópico. Pertenece a esta categoría. El significado preciso de refractarios de la serie de bajo cemento no se ha definido hasta ahora. La Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) define y clasifica los refractarios según su contenido de CaO.
La densidad y la alta resistencia son las características más destacadas de los hormigones refractarios de bajo contenido de cemento. Esto mejora la vida útil y el rendimiento del producto, pero también presenta problemas durante el horneado previo a su uso, ya que puede producirse un vertido irregular si no se toman las precauciones necesarias. El estallido del material puede requerir, como mínimo, un nuevo vertido, o incluso poner en peligro la seguridad de los trabajadores en casos graves. Por ello, diversos países han realizado estudios sobre el horneado de hormigones refractarios de bajo contenido de cemento. Las principales medidas técnicas consisten en: formular curvas de horneado adecuadas e incorporar excelentes agentes antiexplosivos, entre otras, para lograr una eliminación uniforme del agua en los hormigones refractarios sin causar otros efectos secundarios.
La tecnología de polvo ultrafino es la tecnología clave para los hormigones refractarios de la serie de bajo contenido de cemento (actualmente, la mayoría de los polvos ultrafinos utilizados en cerámica y materiales refractarios tienen un tamaño entre 0,1 y 10 µm y funcionan principalmente como aceleradores de dispersión y densificadores estructurales. El primero hace que las partículas de cemento se dispersen en gran medida sin floculación, mientras que el segundo hace que los microporos en el cuerpo de vertido se llenen por completo y mejora la resistencia.
Actualmente, los tipos de polvos ultrafinos más utilizados incluyen SiO2, α-Al2O3, Cr2O3, etc. El área superficial específica del micropulvo de SiO2 es de aproximadamente 20 m²/g, y su tamaño de partícula es aproximadamente 1/100 del tamaño de partícula del cemento, por lo que posee buenas propiedades de relleno. Además, el micropulvo de SiO2, Al2O3, Cr2O3, etc., también puede formar partículas coloidales en agua. Cuando hay un dispersante presente, se forma una doble capa eléctrica superpuesta en la superficie de las partículas para generar repulsión electrostática, lo que supera la fuerza de van der Waals entre las partículas y reduce la energía interfacial. Esto evita la adsorción y floculación entre las partículas; al mismo tiempo, el dispersante se adsorbe alrededor de las partículas para formar una capa de disolvente, lo que también aumenta la fluidez del refractario. Este es también uno de los mecanismos del polvo ultrafino, es decir, la adición de polvo ultrafino y dispersantes adecuados puede reducir el consumo de agua de los refractarios y mejorar la fluidez.
El fraguado y endurecimiento de los refractarios moldeables de bajo contenido de cemento es el resultado de la acción combinada de la unión por hidratación y la unión por cohesión. La hidratación y el endurecimiento del cemento de aluminato de calcio se deben principalmente a la hidratación de las fases hidráulicas CA y CA2 y al proceso de crecimiento cristalino de sus hidratos, es decir, reaccionan con el agua para formar escamas hexagonales o agujas de CAH10, C2AH8 y productos de hidratación como cristales cúbicos de C3AH6 y geles de Al2O3aq que luego forman una estructura de red interconectada de condensación-cristalización durante los procesos de curado y calentamiento. La aglomeración y unión se debe a que el polvo ultrafino activo de SiO2 forma partículas coloidales cuando entra en contacto con el agua y con los iones que se disocian lentamente del aditivo añadido (es decir, la sustancia electrolítica). Debido a que las cargas superficiales de ambos son opuestas, es decir, la superficie del coloide tiene contraiones adsorbidos, lo que provoca que el potencial £2 disminuya y se produzca la condensación cuando la adsorción alcanza el "punto isoeléctrico". En otras palabras, cuando la repulsión electrostática en la superficie de las partículas coloidales es menor que su atracción, se produce una unión cohesiva gracias a la fuerza de van der Waals. Tras la condensación del refractario moldeado mezclado con polvo de sílice, los grupos Si-OH formados en la superficie del SiO2 se secan y deshidratan, formando puentes que constituyen una estructura de red de siloxano (Si-O-Si), lo que provoca su endurecimiento. En esta estructura de red de siloxano, los enlaces entre el silicio y el oxígeno no disminuyen al aumentar la temperatura, por lo que la resistencia también continúa incrementándose. Asimismo, a altas temperaturas, la estructura de red de SiO2 reacciona con el Al2O3 que contiene para formar mullita, lo que mejora la resistencia a temperaturas medias y altas.
Fecha de publicación: 28 de febrero de 2024
