超微粉作用機(jī)理是復(fù)雜的。超微粉品種的不同，其作用機(jī)理也有區(qū)別。在耐火澆注料中，超微粉的基本作用機(jī)理是填充傳統(tǒng)耐火澆注料的耐火骨料和粉料級(jí)配，雖然堆積密度較大、也較致密，但仍有眾多的孔隙被過量的水填滿，水樣除后，留下許多孔隙;當(dāng)采用超微粉后，這些孔隙被超微粉填充，極少量的微孔被水填滿。這樣，耐火澆注料的拌和水量降低，成型體中的水排除后，留下的孔隙也較少。這就是說，在耐火澆注料中，摻加超微粉可降低拌和用水量，同時(shí)能提高體積密度和降低顯氣孔率。圖1為超微粉用量與水用量、體積密度和顯氣孔率的關(guān)系。耐火澆注料的配比為(%):8~0.088mm的白剛玉骨料65，<0.088mm的白剛玉粉31.9，Ca-70水泥3，分散劑0.1，摻加超微粉后保持粉料量不變。
從圖中可以看出，超微粉用量有個(gè)最佳值，一般為5%〜7%，當(dāng)超微粉用量小于5%時(shí)，骨粉料間的空隙未填充滿，水用量大、體積密度小、顯氣孔率高;當(dāng)超微粉用量大于7%時(shí)，填充空隙有余，因此剩余的超微粉需用水，且不密實(shí)、所以對(duì)澆注料的致密化已無貢獻(xiàn)。從圖中結(jié)果還可以看出，活性SiO2超微粉的填充效果比α-Al2O3超微粉的好，其用量也可少些。表4為兩種超微粉的粒徑分布。從表中的數(shù)據(jù)看出，α-Al2O3超微粉的粒徑分布比活性SiO2的好，小于1μm的α-Al2O3超微粉占96.5%，活性SiO2只占69%:小于2μm的α-Al2O3粉占100%，而活性SiO2則占80.9%，至小于10μm時(shí)方達(dá)到100%。這說明，超微粉不但細(xì)度起作用，而且其形狀和活性等，也起了作用。SiO2超微粉系硅灰，呈球形有活性，雖然粗些，其填充性和減水性比α-Al2O3超微粉好。
圖1超微粉用量與水用量(a)、體積密度(b)和顯氣孔率(c)的關(guān)系
1-活性SiO2超微粉;2-α-Al2O3超微粉
活性SiO2超微粉是非晶質(zhì)或無定形二氧化硅，比表面積較大，表面能也較大，易吸附空氣中的水發(fā)生團(tuán)聚，因此應(yīng)防潮且加分散劑后使用。從圖中可以看出，氧化硅結(jié)構(gòu)內(nèi)部有毛細(xì)管道，其表面能緩慢的進(jìn)行離子化，即有斷鍵，遇水后形成
基即硅醇基，也會(huì)在水中離解成和
即硅醇基，具有較強(qiáng)的親水性和活性。在耐火澆注料中，由于氧化硅超微粉顆粒上有OH基存在，即有氫結(jié)合，可能發(fā)生絮凝的傾向。然而，這種氫鍵結(jié)合較弱，稍加剪切力，就會(huì)再度分散，黏性降低：當(dāng)解除剪切力后，SiO2微粒間又形成了凝聚，而水分子固定于SiO2凝聚體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空間，黏性又增加了。這就是說，活性SiO2超微粉具有良好的觸變性和一定的凝聚性。
在耐火澆注料中，黏土超微粉和氧化物超微粉如SiO2、Al2O3、Cr2O3等，在水中均能形成膠體粒子，當(dāng)有分散劑存在時(shí)，粒子表面形成雙電層的重疊而產(chǎn)生靜電斥力，即克服了質(zhì)點(diǎn)間的范德華力，降低了界面能，阻止了粒子之間的吸附絮凝;同時(shí)，粒子周圍吸附了分散劑而形成溶媒層，因此也增大了澆注料的流動(dòng)性。這也是超微粉作用機(jī)理之一，即摻加超微粉及適宜的分散劑，可降低耐火澆注料的水用量，提高其流動(dòng)性，從而改善澆注料的性能。
在耐火澆注料中，摻加超微粉的作用主要表現(xiàn)為：增強(qiáng)填充性，改善施工性，從而使其流動(dòng)性增大，體積密度提高，顯氣孔率降低。因此，耐火澆注料的強(qiáng)度有顯著的提高，其他高溫性能也有較大的改善。應(yīng)當(dāng)指出，超微粉的作用與外加劑是分不開的。只有選擇合適的超微粉和外加劑品種，巧妙配伍，用量得當(dāng)，才能發(fā)揮其最大的作用。
