专利名称：硅酸盐水泥耐火砂浆及其施工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐火砂浆及其施工工艺，尤其涉及一种硅酸盐水泥耐火砂浆及其施工工艺,用于砌筑耐火砖。
背景技术：
现有技术的耐火技术已比较成熟，微粉技术、低水泥技术已成功运用于耐火浇注料中，使浇注的耐火构筑物能够在非常苛刻的高温环境里工作。但是，使用耐火浇注料的成本往往非常高昂，在一些对高温环境要求并不苛刻的工作环境，构筑物采用耐火浇注料浇注无疑会造成功能的浪费和成本的增加。
目前，一些在500°C至1200°C环境工作的构筑物，如石油行业的放喷坑防火墙、独立烟道、小型窑炉等，出于成本考虑设计用耐火砖砌筑。在这种情况下，采用耐火砖安砌的墙体既是防火隔热结构，又是承重结构。
工业窑炉中使用耐火泥砌筑耐火砖作为内衬隔热层，需使用拉砖钩与承重外墙连接确保其稳定性；但当单独使用耐火砖砌筑墙体时，用耐火泥安砌的墙体其稳定性无法保证。
现有技术中，一般采用耐火泥直接安砌耐火砖，而这种设计方案存在严重缺陷，使修建的防火墙存在严重的质量安全隐患。耐火泥主要成分为三氧化二铝，为填充材料，非胶凝材料，砌筑耐火砖后经高温煅烧，因其化学成分与耐火砖基本相同，能够烧结成一个整体，烧 结硬化后具有一定的强度；但在煅烧前，耐火泥几乎没有强度，且与耐火砖不能有效粘接，不能起到粘接和承重的作用，在砌筑过程中以及煅烧之前容易发生垮塌、倾覆等事故，存在极大安全隐患。在砌筑过程中具体表现为1、耐火泥粘接性能差，安砌时砖块容易滑落；2、耐火泥无强度，墙体在外力作用下容易发生垮塌；3、耐火泥固结时间很长，必须经过放喷作业后方能固结。在国家规范中，只规定了耐火泥110°C干燥后的强度和1400°C情况下煅烧3小时后的强度，分别为110°C干燥后强度为I. OMPa ； 1400°C煅烧3小时后强度为4. OMPa0
在实际运用中，耐火泥普遍用于砌筑工业窑炉的内衬隔热层墙体，隔热层与外墙通过拉砖钩拉接确保稳定性。因为工业窑炉是封闭的筒式结构，该结构较防火墙的U型结构更加稳定。同时，工业窑炉中的隔热层要经过iio°c烘干后方能投入使用，而石油行业的防火墙、独立烟道等构筑物在使用前并没有该项工序。
根据实验结果，用纯耐火泥制作成标准试块进行凝结时间实验，其初凝时间为 26168分钟，终凝时间为36273分钟。国家规范规定硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min ;招酸盐水泥初凝不小于30min,终凝不大于360min ;实验结果表明耐火泥不具备粘接性能。
用纯耐火泥制作成标准试块进行轴心抗压强度实验，养护28天后试块抗压强度为O. 3-0. 5 MPa。国家规范规定临时性构筑物砌体砂浆最低强度大于2. 5MPa，实验结果表明耐火泥不具备抗压承重性能。3
综上所述，直接采用耐火泥安砌耐火砖用于承重结构，将造成严重的质量安全隐串■/Qi、O
目前，国家规范《GB 2994-2008-T高铝质耐火泥浆》中仅仅有耐火泥在110°C烘干及1400°C X 3h两种情况下的强度指标，以及安砌灰缝《3_的要求，安砌过程中及养护期间的强度没有规定，经实际测试，将纯耐火泥做成70. 7mmX70. 7mmX 70. 7mm的试块，标准养护条件下28天其轴心抗压强度为O. 3 O. 5MPa，远远低于国家对构筑物砂浆强度规范要求，耐火泥浆规范中110°C烘干后强度》IMPa的要求也低于砂浆强度规范要求(一般临时性建筑最低砂浆强度为2. 5MPa，永久性建筑更高)。因此，对耐火泥浆进行改良，配制具有粘接作用和承重作用的耐火砂浆是有必要的。发明内容
本发明的目的在于克服现有耐火泥浆存在的上述问题，提供一种硅酸盐水泥耐火砂浆及其施工工艺，本发明的耐火砂浆具有较高的早期强度，能承受煅烧的高温，煅烧后具有较高的粘接性能和强度，解决目前施工过程中的安全问题，且成本较常用的耐火浇注料更加低廉。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种硅酸盐水泥耐火砂浆，其特征在于，包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥 12 16%，粉状耐火泥10 15%，硅微粉5%，石英砂20 30%，河砂30 50%，余量为水。
本发明还包括质量百分比为O. 5 2%的早强减水剂。
所述的石英砂的最大粒径小于4mm。
所述河砂为连续级配的细砂，规格为O. 5 1mm。
所述早强减水剂为三聚磷酸钠或氯化钙。
一种硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，其特征在于，包括下述步骤(1)、配料将原料按质量百分比进行配料；(2)、将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀；(3)、在搅拌完成后4时内使用步骤(2)得到的耐火砂浆砌筑耐火砖；(4)、砌筑后自然养护至砂衆凝固。
所述配料步骤中，当室外温度在10°C以上时，所述硅酸盐水泥选择42. 5型号时， 其用量为12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5型号时，其用量为10 12%。
所述配料步骤中，当室外温度在9°C以下时，所述硅酸盐水泥选择42. 5R时，其用量为12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5R时，其参量为10 12%，并加入有O. 5 2%的早强减水剂。
采用本发明的优点在于一、本发明包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥12 16%，粉状耐火泥10 15%， 硅微粉5%，石英砂20 30%，河砂30 50%，余量为水，该耐火砂浆具有较高的早期强度，能承受煅烧的高温，煅烧后具有较高的粘接性能和强度，解决目前施工过程中的安全问题，且成本较常用的耐火浇注料更加低廉，设计砂浆标号按照目前建筑行业使用最为普遍的M7. 5 标号进行设计，即砂浆在标准条件下养护28天的强度及高温煅烧后的强度均达到7. 5MPa 以上。
二、本发明使用新型硅酸盐水泥耐火砂浆代替传统耐火泥施工，改良了耐火泥浆的性能，有效提高了砂浆的早期强度，增加了砂浆与耐火砖的粘接性能，同时保证了砂浆经高温煅烧后的强度。
三、本发明包括硅微粉5%，用于填充和润滑，能填充骨料与粉料间的空隙，使水用量降低；成型体排除水分后，留下的孔洞也较少，可以提高体积密度和降低气孔率，从而改善材料的结构强度，优化材料性能。
四、本发明水化时析出的游离氧化钙极少，石英砂不溶于酸，化学性质稳定，有效提高了砂浆耐腐蚀性能；所用原材料易获得，配置过程及施工过程均方便操作，不会延长施工周期，无其余副作用，无安全隐患，非常适用对高温环境要求不苛刻的工程；较传统工艺有效降低了施工风险，排除了安全隐患，提高了工程质量，较传统工艺有效降低了施工成本。
五、本发明包括石英砂20 30%，主要起到粗骨料的作用，因其经机械破碎其表面具有菱角，可增大骨料间的摩擦力，同时石英砂具有耐高温的特点，可有效提高砂浆抗压强度。
六、采用本发明后，在冬季寒冷气候下，该耐火砂浆硬化速度较慢，早期强 度在同等养护期内稍小，可使用带R标号的早强型硅酸盐水泥，同时按质量百分比O. 5 2%加入早强减水剂，可以有效提高其凝固后的强度。
七、当室外温度在10°C以上时，所述硅酸盐水泥选择42. 5型号时，其用量为12 15%,娃酸盐水泥选择52. 5型号时,其用量为10 12%,米用不同型号的水泥,可以米用不同的用量来达到同样的强度效果。
八、当室外温度在9°C以下时采用硅酸盐水泥42. 5R时，其参量为12 15%，采用硅酸盐水泥52. 5R时，其参量为10 12%，早期强度增长较快，7天即可达到其极限强度的 70%左右，以解决在寒冷气候砂浆强度发展较慢的问题。
九、本发明耐高温性能较好，达到500°C至1200°C，因为高温时发生固相反应，烧结结合代替了水化结合，砂浆主要生成C3AH6与SiO2，二者均为比较稳定的物质，不易与其他物质发生反应，能保证砂浆后期抗压强度。
十、本发明可用于简易防火墙、独立烟道、小型窑炉等对高温工作条件不苛刻的环境，一般温度在500°C——1200°C之间。
具体实施方式
实施例I一种硅酸盐水泥耐火砂浆，包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥16%，粉状耐火泥 15%,娃微粉5%,石英砂30%,河砂50%,余量为水。
本发明还包括质量百分比为2%的早强减水剂。所述早强减水剂为减水剂三聚磷酸钠。所述的石英砂的最大粒径小于4_。所述河砂为连续级配的细砂，规格为O. 5_。
一种硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，包括下述步骤(1)、配料将原料按质量百分比进行配料；(2)、将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀；(3)、在搅拌完成后4时内使用步骤(2)得到的耐火砂浆砌筑耐火砖；(4)、砌筑后自然养护至砂衆凝固。
实施例2一种硅酸盐水泥耐火砂浆，包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥12，粉状耐火泥 10%,娃微粉5%,石英砂20%,河砂30%,余量为水。
本发明还包括质量百分比为O. 5%的早强减水剂。所述早强减水剂为早强剂氯化钙，早强减水剂可以并不局限于所描述的两种，现有技术中的其它早强减水剂也可以使用。 所述的石英砂的最大粒径小于4_。所述河砂为连续级配的细砂，规格为1_。
一种硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，包括下述步骤(1)、配料将原料按质量百分比进行配料；(2)、将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀；(3)、在搅拌完成后4时内使用步骤(2)得到的耐火砂浆砌筑耐火砖；(4)、砌筑后自然养护至砂衆凝固。
实施例3一种硅酸盐水泥耐火砂浆，包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥14%，粉状耐火泥 12%,娃微粉5%,石英砂25%,河砂40%,余量为水。
本发明还包括质量百分比为I. 5%的早强减水剂。所述早强减水剂为三聚磷酸钠。 所述的石英砂的最大粒径小于4_。所述河砂为连续级配的细砂，规格为O. 8_。
一种硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，包括下述步骤(1)、配料将原料按质量百分比进行配料；(2)、将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀；(3)、在搅拌完成后4时内使用步骤(2)得到的耐火砂浆砌筑耐火砖；(4)、砌筑后自然养护至砂衆凝固。
实施例4所述配料步骤中，当室外温度在10°c以上时，所述硅酸盐水泥选择42. 5型号时，其用量为12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5型号时，其用量为10 12%。
实施例5所述配料步骤中，当室外温度在9°C以下时，所述硅酸盐水泥选择42. 5R时，其用量为 12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5R时，其参量为10 12%，并加入有O. 5 2%的早强减水剂。
实施例6一种用于砌筑石油行业防火墙的砂浆，原料按质量百分比计包括以下组分普通硅酸盐水泥12 16%，粉状耐火泥10 15%，硅微粉5%，石英砂20 30%，河砂30 50%，余量为水。这些组份均为现有的组份，市面上均可购买。
普通硅酸盐水泥混凝土不能承受高温的工作条件，因其在水化过程中析出氢氧化钙，高温下变成氧化钙(俗称石灰或石膏)；作为骨料的石灰石高温下受热分解，强度遭到破坏。普通混凝土只能用于炉子基础和烟筒300度以下低温部位。故使用硅酸盐水泥作耐火混凝土的胶结料，必须消除氧化钙的作用。加入水泥重量80% 100%的耐火泥粉作掺和料， 使其与氧化钙结合成较稳定的铝酸钙矿物。参见下述反应式Ca (OH) 2+2Al203+12 H2O — CaO · Al2O3 · 10 H2CHAl2O3 · 3 H2OCaO · Al2O3 · 10 H2O 简写为 CAH10 ；Ca (OH) 2+2Al203+17 H2O — 2Ca0 · Al2O3 · 8 H2CHAl2O3 · 3 H2O 2Ca0 · Al2O3 · 8 H2O 简写为 C2AH8 ；水化产物CAHltl与C2AH8均为针状或板状结晶，能相互交织成较坚固的结晶合成体，使砂浆具有较高的强度，析出的氢氧化铝凝胶(Al2O3 ·3 H2O)难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成比较致密的结构。
硅微粉基本机理是填充和润滑。微粉能填充骨料与粉料间的空隙，使水用量降低； 成型体排除水分后，留下的孔洞也较少，这样就可以提高体积密度和降低气孔率，从而改善材料的结构强度，优化材料性能。
石英砂硬度为7，化学性质稳定，熔点1750°C，不溶于水，微溶于酸，是理想的耐火材料，主要起到粗骨料的作用，因其经机械破碎其表面具有菱角，可增大骨料间的摩擦力， 同时石英砂具有耐高温的特点，可有效提高砂浆抗压强度。
CAH10与C2AH8为亚稳定物质，会逐渐转化为比较稳定的C3AH6。转化过程随着温度升高而加速。经高温煅烧后，砂浆主要成分为C3AH6与SiO2, 二者均为比较稳定的物质，不易与其他物质发生反应，能保证砂浆后期抗压强度。
在冬季寒冷气候下，该耐火砂浆硬化速度较慢，早期强度在同等养护期内稍小，可使用带R标号的早强型硅酸盐水泥，同时按质量百分比O. 5 2%加入减水剂三聚磷酸钠或早强剂氯化钙，可以有效提高其凝固后的强度。
当室外温度在10°C以上时所述硅酸盐水泥选择42. 5型号时，其用量为12 15%,娃酸盐水泥选择52. 5型号时,其用量为10 12%。进一步讲,米用不同型号的水泥,可以采用不同的用量来达到同样的强度效果。
当室外温度在9°C以下时采用硅酸盐水泥42. 5R时，其参量为12 15%，采用硅酸盐水泥52. 5R时，其参量为10 12%。在采用早强型硅酸盐水泥，该耐火砂浆早期强度增长较快，7天即可达到其极限强度的70%左右，以解决在寒冷气候砂浆强度发展较慢的问题。
该耐火砂浆耐高温性能较好，达到500°C至1200°C，因为高温时发生固相反应，烧结结合代替了水化结合，砂浆主要生成C3AH6与Si02，二者均为比较稳定的物质，不易与其他物质发生反应，能保证砂浆后期抗压强度。
实施例7耐火砂浆的施工工艺，包括下述步骤(1)根据环境条件来选择配料环境温度在10°c以上时，普通硅酸盐水泥12 16%，粉状耐火泥10 15%，硅微粉5%，石英砂20 30%，河砂30 50%，余量为水；在气温低于10°C 时，使用R型早强硅酸盐水泥，同时加入O. 5 2%的减水剂三聚磷酸钠或早强剂氯化钙；在不同的季节，根据不同的环境温度采用不同的配料，在温度较高的春、夏、秋季，可以不用添加早强剂或早强减水剂，在自然养护条件下，即能满足使用要求；(2)采用机拌或人工的方式将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀；根据实际用量和现场的设备条件，采用机拌的方式搅拌，搅拌后砂浆的保水性、和易性均符合使用要求， 即能施工使用；(3)在搅拌完成后4小时内使用步骤(2)得到的砂浆砌墙；砂浆搅拌完成后，应当在4小时内完全使用。
(4)砌墙以后自然养护至砂浆凝固。通常情况下，应当采用自然养护的方式，严禁使用水、蒸汽进行养护，在寒冷的冬季，可以采用保温养护的方式。
在施工过程中，应当注意以下内容I、砌筑前，耐火砖必须充分湿润，防止安砌的耐火砖从耐火砂衆中吸取水分导致砂衆粘接强度及抗压强度降低。
2、配置耐火砂浆，将上述原料按配合比搅拌均匀，冬季适当增加水泥比例或加入减水剂，即用于耐火砖砌筑，因石英砂为2 5mm固相物质，故搅拌尽量使用机械搅拌。
3、砌筑时尽量使砂浆灰缝控制在8 11mm。
4、安砌完成后禁止用水养护，只能自然养护。
实施例8本发明一种硅酸盐水泥耐火砂浆，包括以下组分普通硅酸盐水泥12 16%，粉状耐火泥10 15%,娃微粉5%,石英砂20 30%,河砂40 55%,余量为水；在气温低于10°C时， 加入O. 5 2%的早强减水剂三聚磷酸钠；石英砂的最大粒径小于4mm，河砂为连续级配的O.5 1_细砂。
当室外温度在10°C以上时所述硅酸盐水泥选择42. 5型号时，其用量为12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5型号时，其用量为10 12%。当室外温度在10°C以下时采用硅酸盐水泥42. 5R时，其参量为12 15%，采用硅酸盐水泥52. 5R时，其参量为10 12%。
本发明一种硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，包括下述步骤(1)根据环境条件来选择配料；(2)采用机拌或人工的方式将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀；(3)在搅拌完成后4小时内使用步骤(2)得到的砂浆砌墙；(4)砌墙以后自然养护至砂浆凝固。
按照上述组分和工艺制成后，检测数据如下8
权利要求
1.一种硅酸盐水泥耐火砂浆，其特征在于，包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥12 16%，粉状耐火泥10 15%，硅微粉5%，石英砂20 30%，河砂30 50%，余量为水。
2.根据权利要求I所述的硅酸盐水泥耐火砂浆，其特征在于还包括质量百分比为O.5 2%的早强减水剂。
3.根据权利要求I或2所述的硅酸盐水泥耐火砂浆，其特征在于所述的石英砂的最大粒径小于4_。
4.根据权利要求I或2所述的硅酸盐水泥耐火砂浆，其特征在于所述河砂为连续级配的细砂，规格为O. 5 1mm。
5.根据权利要求2所述的硅酸盐水泥耐火砂浆，其特征在于所述早强减水剂为三聚磷酸钠或氯化钙。
6.根据权利要求I所述的一种硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，其特征在于，包括下述步骤 (1)、配料将原料按质量百分比进行配料； (2)、将步骤(I)的原料按配比混合并搅拌均匀； (3)、在搅拌完成后4时内使用步骤(2)得到的耐火砂浆砌筑耐火砖； (4)、砌筑后自然养护至砂衆凝固。
7.根据权利要求7所述的硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，其特征在于所述配料步骤中，当室外温度在10°C以上时，所述硅酸盐水泥选择42. 5型号时，其用量为12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5型号时，其用量为10 12%。
8.根据权利要求7所述的硅酸盐水泥耐火砂浆的施工工艺，其特征在于所述配料步骤中，当室外温度在9°C以下时，所述硅酸盐水泥选择42. 5R时，其用量为12 15%，硅酸盐水泥选择52. 5R时，其参量为10 12%，并加入有O. 5 2%的早强减水剂。
全文摘要
本发明公开了一种硅酸盐水泥耐火砂浆及其施工工艺。硅酸盐水泥耐火砂浆包括以下质量百分比的组分硅酸盐水泥12～16%，粉状耐火泥10～15%，硅微粉5%，石英砂20～30%，河砂30～50%，余量为水。本发明的耐火砂浆具有较高的早期强度，能承受煅烧的高温，煅烧后具有较高的粘接性能和强度，解决目前施工过程中的安全问题，且成本较常用的耐火浇注料更加低廉。
文档编号E04G21/14GK102924105SQ201210502740
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者付文涛, 高兴宝, 谌登刚, 周洲, 刘颖 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司