耐火材料中主原料至關(guān)重要，結(jié)合劑是不可缺少的成分。要制得高質(zhì)量的耐火材料，除選用優(yōu)質(zhì)原料外，結(jié)合劑也起到重要作用。特別是談到不定形耐火材料結(jié)合劑的時(shí)候，說結(jié)合劑能夠決定制品的功能并不過分。就是說不定形耐火材料不像成形制品那樣需要成形燒成，它有各種不同成形方法。隨著不定形耐火材料的迅速發(fā)展和施工方法的改進(jìn)，對(duì)結(jié)合劑寄于了更大的期望。因此，它日益變得重要起來。

　　1定義和要求

　　給結(jié)合劑下定義是困難的，也有著不同的說法。但在此可作以下定義：即指將耐火粗顆粒料和粉料組成的散狀耐火材料膠結(jié)在一起的物質(zhì)，也稱“膠結(jié)劑”或“粘結(jié)劑”。根據(jù)該定義，結(jié)合劑應(yīng)具有以下性能：

　　1)能常溫硬化;

　　2)硬化時(shí)體積變化小;

　　3)到高溫時(shí)也有強(qiáng)度;

　　4)不能降低耐火性能;

　　5)對(duì)人體和環(huán)境沒有影響;

　　6)成本低;

　　7)供應(yīng)穩(wěn)定等。

　　高鋁水泥，硅酸鈉和磷酸鋁能滿足以上要求，并有了廣泛應(yīng)用。

　　2結(jié)合劑的分類

　　關(guān)于耐火材料的結(jié)合劑的分類方法有很多種，對(duì)此僅從硬化作用角度來進(jìn)行分類，一般情況下需考慮到粘著結(jié)合和陶瓷結(jié)合兩方面并用。但對(duì)不定形耐火材料來說，只考慮粘著結(jié)合分類則較為方便。

　　圖1結(jié)合劑分類示意圖

　　3結(jié)合方式

　　關(guān)于結(jié)合劑在不定形耐火材料中的硬化作用可以分為多種結(jié)合形式，各種結(jié)合形式有其各自的適用范圍和特點(diǎn)。下面將具體分析各種結(jié)合方式。

　　3.1粘著結(jié)合

　　在反應(yīng)結(jié)合的結(jié)合劑中不加入硬化劑或者有機(jī)磷膏狀劑等，而且不發(fā)生硬化反應(yīng)，依靠粘著性進(jìn)行結(jié)合，稱為粘著結(jié)合。實(shí)際上就是與高溫下的陶瓷結(jié)合并用，通常在硬化時(shí)必須加熱，而且，不定形耐火材料過去多半利用粘著結(jié)合，使用紙漿廢液、糊精、羧基甲醚纖維素作結(jié)合劑。澆注料、耐火可塑料、噴補(bǔ)料、火泥等就文字意義而言，就是被粘著的耐火材料，主要使用上述結(jié)合劑。

　　3.2凝聚結(jié)合

　　所謂凝聚結(jié)合，是指分散狀態(tài)的粘土或氧化物懸體由于凝集而產(chǎn)生的硬化反應(yīng)。過去利用這一方式研制的不定形耐火材料只有搗打料及耐火可塑料，不包括澆注料。但是近年來，在分散及凝集研究反面有所進(jìn)展，實(shí)行澆注法施工，根據(jù)利用分散劑及凝集劑的作用不斷研究出新形澆注料，不局限把澆注料只分為水合結(jié)合和反應(yīng)結(jié)合兩類，而是把所研制成功的澆注料作為第三種澆注料來分類。由于這些澆注料是利用粘土與氧化物超細(xì)粉在水中的分散凝集作用制成的，所以又被稱為粘土結(jié)合澆注料或超細(xì)粉結(jié)合澆注料。

　　圖2顯示出了凝集結(jié)合的模擬分類，一般在具體情況下不定形耐火材料是按所采用的結(jié)合劑進(jìn)行分類。

　　圖2凝聚結(jié)合的模擬分類圖

　　關(guān)于凝聚結(jié)合的澆注料可分為以下幾類：

　　3.2.1高鋁水泥結(jié)合的澆注料

　　高鋁水泥結(jié)合澆注料的組成成分為高鋁水泥、氧化鋁細(xì)粉、分散劑及凝結(jié)調(diào)節(jié)劑。提高高鋁水泥中的Al2O3含量，就是為改善水合結(jié)合，應(yīng)用氧化鋁水泥在分散凝集方面比較適用，因?yàn)樗昧搜趸X細(xì)粉的凝集效果，所以考慮選用它作為凝集結(jié)合的一種結(jié)合劑。所采用的添加劑為羥基羧酸鹽、碳酸鈉、聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽、磺酸系陰離子表面活性劑等。

　　3.2.2粘土結(jié)合澆注

　　粘土結(jié)合澆注料的組成成分為粘土、氧化鋁水泥(或其它凝集劑)、分散劑。以粘土為主體時(shí)，把氧化鋁水泥作為凝集劑使用，或者以氧化鋁水泥為主體時(shí)，都是利用粘土的分散凝集作用和氧化鋁水泥的凝聚作用。因此，采用氧化鋁水泥時(shí)屬于水化結(jié)合。

　　3.2.3超細(xì)粉結(jié)合澆注料

　　利用超細(xì)粉(SiO2、Al2O3、TiO2、Cr2O3等)代替粘土的分散凝聚作用時(shí)，可認(rèn)為基本上屬于同一類結(jié)合。當(dāng)同時(shí)使用高鋁水泥和粘土?xí)r，為確?？墒褂脮r(shí)間，必須使凝聚劑在某個(gè)時(shí)間內(nèi)不起作用，為此應(yīng)加入具有金屬離子封鎖能力的添加劑。實(shí)際上所用的分散劑為磷酸鹽聚丙烯酸鹽等。由于它們均具有金屬離子封鎖力，所以，通過改變分散劑的方法來控制可使用時(shí)間。

　　這樣，利用分散凝集作用研制的新形澆注料的特點(diǎn)如下：

　　質(zhì)地致密(因加水量少);

　　低熔點(diǎn)生成物少(高鋁水泥等結(jié)合劑數(shù)量少)。

　　其缺點(diǎn)是：必須注意干燥制度、硬化時(shí)間及可使用時(shí)間的控制比較困難。

　　3.3化學(xué)結(jié)合

　　所謂化學(xué)結(jié)合，系指利用酸或堿等的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的結(jié)合，具有代表性的是磷酸鹽系統(tǒng)，堿金屬硅酸鹽系統(tǒng)。此外，近年來又利用酚醛樹脂一類結(jié)合劑，在常溫或干燥溫度下發(fā)生反應(yīng)硬化，即所謂樹脂結(jié)合。

　　3.3.1磷酸鹽+硬化劑

　　通常多是將磷酸鋁與氧化鎂配合使用，除此之外，還研制成各種磷酸鹽類結(jié)合劑，以及氧化鎂以外的硬化劑，一般情況下使用較困難，所以，除特殊用途外，不使用此類結(jié)合劑。

　　3.3.2堿金屬硅酸鹽+硬化劑

　　一般采用硅酸鈉(水玻璃)與硬化劑氟硅化鈉反應(yīng)而生成nSiO2起結(jié)合作用，其反應(yīng)如下：2(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6→6NaF+(2n+1)SiO22Na2O·6SiO2+1/2Na2SiF6+xH2O→Na2O·4SiO2·yH2O+1/2SiO2·zH2O+3NaF3(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6→6NaF+Na2SiF6+3nSiO2但無論是哪一種反應(yīng)，由于其生成物為低熔點(diǎn)物質(zhì)，因而不能用來作高溫結(jié)合劑，多半用來生產(chǎn)低溫用耐火澆注料。

　　3.3.3酚醛樹脂+硬化劑

　　當(dāng)不定形耐火材料需要常溫硬化時(shí)，通常多采用甲階酚醛樹脂及硬化劑。

　　3.4水化結(jié)合

　　在不定形耐火材料中主要使用高鋁水泥作水合結(jié)合的代表性結(jié)合劑，利用氧化鋁細(xì)粉或分散劑，即可起到結(jié)合作用。

　　3.5陶瓷結(jié)合

　　由于需用一定的熱量，所以很少單獨(dú)使用此種方法，而且需要采用與常溫結(jié)合不同的結(jié)合劑。最具代表性的結(jié)合劑為粘土，常溫時(shí)起凝集結(jié)合作用，高溫時(shí)起陶瓷結(jié)合作用。盡管粘土還存在著缺點(diǎn)，但是用它作不定形耐火材料的結(jié)合劑時(shí)也有著許多優(yōu)點(diǎn)，可用于生產(chǎn)凝集結(jié)合形澆注料。

　　除此之外，還可用金屬粉作陶瓷結(jié)合劑，特別是采用硅粉及鋁粉者居多。加入金屬粉的優(yōu)點(diǎn)是可以在較大范圍內(nèi)提高高溫強(qiáng)度。另外，Si與C發(fā)生反應(yīng)，生成β-SiC，而金屬Al與之反應(yīng)則生成Al4C3。如果發(fā)生氧化，僅形成SiO2及Al2O3，在耐火材料組成方面較少出現(xiàn)問題。

　　金屬鋁和硅除了作為結(jié)合劑使用之外，還可以用含碳耐火材料的防氧化劑及耐火澆注料的防爆劑。由此可見，使用金屬粉有許多突出優(yōu)點(diǎn)，但是由于其反應(yīng)能力較強(qiáng)，在不定形耐火材料中使用時(shí)要有一定限制。

　　4結(jié)語

　　以上敘述了不定形耐火材料用結(jié)合劑的現(xiàn)狀，下面就其未來發(fā)展形式及存在問題作一討論。

　　首先，要提高純度，提高熔點(diǎn)。通常使用的結(jié)合劑容易生成較多的低熔點(diǎn)相，應(yīng)將低熔點(diǎn)結(jié)合劑改為高熔點(diǎn)結(jié)合劑，而且其加入量亦應(yīng)適當(dāng)減少。

　　例：高鋁水泥→高鋁澆注料(含高鋁水泥15%左右)→凝集結(jié)合澆注料(含高鋁水泥2%～5%)。

　　另外，降低水分也很重要。對(duì)于不定形耐火材料來說，施工中用水混練時(shí)，必須進(jìn)行干燥，而且水分越多，越容易形成多孔體。就耐火材料的強(qiáng)度和抗侵蝕性而言，氣孔越少，這兩項(xiàng)性能越好。此外，各種結(jié)合劑的配合使用也很重要。將硬化形式不同的而且特點(diǎn)也不同的各種結(jié)合劑配合使用，可使不定形耐火材料從低溫到高溫具有均勻的強(qiáng)度，并有效防止脫落。

　　隨著結(jié)合劑性能的提高，并且將多種結(jié)合劑配合使用，導(dǎo)致處理復(fù)雜化，而且可使用時(shí)間及硬化時(shí)間的控制也比較困難。因此，正在繼續(xù)研究性能優(yōu)異、使用方便及貯存效果好的結(jié)合劑。

　　除了要求不定形耐火材料具有較高的性能之外，還要求降低其價(jià)格。因此，今后應(yīng)當(dāng)研究如何降低結(jié)合劑的價(jià)格及提高其質(zhì)量的問題。