結(jié)合與基質(zhì)系統(tǒng)在很大程度上甚至絕對(duì)性地決定著耐火澆注料的施工、烘烤和使用性能�？梢赃@么說(shuō)，迄今所付出的一切努力都是為了兩大目的：一是盡可能減少由結(jié)合物引入的雜質(zhì)組分，即實(shí)現(xiàn)“純凈化”;二是最大限度地降低結(jié)合物的揮發(fā)和分解對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞作用，即實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)定化”。該趨勢(shì)體現(xiàn)在傳統(tǒng)的使用大量水泥的的水合結(jié)合己經(jīng)先后被化學(xué)結(jié)合、水合+凝聚結(jié)合、使用了高純度的水硬性結(jié)合物的改進(jìn)型水合結(jié)合和凝聚結(jié)合所取代這一事實(shí)。
值得指出的是，若不將澆注料的結(jié)合體系與其材質(zhì)和用途相聯(lián)系，不顧結(jié)合劑用在什么系統(tǒng)，一味地爭(zhēng)論如鋁酸鈣水泥和SiO2微粉孰好孰壞是不合理的。
凝聚結(jié)合已經(jīng)成為最先進(jìn)的一種結(jié)合方式，正在引起不定形耐火材料工作者和用戶(hù)的關(guān)注。凝聚結(jié)合是指使具有或接近膠體粒子尺寸的微粒物質(zhì)，依靠范德華力(包括氫鍵的吸引)發(fā)生凝聚而產(chǎn)生結(jié)合作用。
膠體類(lèi)結(jié)合劑和超微粉與水構(gòu)成的高濃度漿體在遲效促凝劑的作用下可產(chǎn)生這種結(jié)合。其主要優(yōu)點(diǎn)是：
(1)由結(jié)合劑引入的雜質(zhì)下降甚至沒(méi)有雜質(zhì)，導(dǎo)致高溫性能改善，使用溫度提高;
(2)不生成大量含結(jié)構(gòu)水的水化產(chǎn)物，揮發(fā)和分解成份少，有利于材料受熱后結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的保持;
(3)超細(xì)粉的表面活性高，有利于提高低、中溫的結(jié)合強(qiáng)度，降低燒結(jié)溫度;
(4)超細(xì)粉充分分散后可填充更細(xì)小的空間，有利于減水、改善流動(dòng)性和提高致密度。
無(wú)水泥澆注料中使用凝聚結(jié)合的一個(gè)成功實(shí)例是所謂MgO-SiO2-H2O結(jié)合。該結(jié)合由無(wú)定形SiO2微粉、MgO細(xì)粉和水相互作用而形成的具有很高結(jié)合強(qiáng)度的MgO-SiO2-H2O凝膠。在加熱過(guò)程中，該結(jié)合體系在較大的溫度范圍內(nèi)緩慢失水，伴隨少許失重，從而使得澆注料在首次加熱時(shí)有良好的抗爆裂性。
使用MgO-SiO2-H2O凝聚結(jié)合可以帶來(lái)如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)由于結(jié)構(gòu)中含有的結(jié)合水很少，分解作用很小，從而使得快速烘烤而不發(fā)生爆裂成為可能;
(2)可以避免由其他結(jié)合劑引入的雜質(zhì)，如由水玻璃或聚磷酸鈉引入的Na2O和由鋁酸鈣水泥引入的CaO。隨著溫度升高，SiO2和MgO可以發(fā)生反應(yīng)生成高熔點(diǎn)相鎂橄欖石(2MgO·SiO2，熔點(diǎn)1890℃);
(3)由于采用了SiO2微粉，澆注料具有很好的流動(dòng)性和密實(shí)度。
在過(guò)去的30～40年里，整體澆注料的應(yīng)用劇增，這類(lèi)多功能混合料開(kāi)辟了耐火材料產(chǎn)品使用的新天地。其中使用量大大提高的品種之一是低水泥澆注料。低水泥澆注料被廣泛用在那些要求高耐火度、抗腐蝕及抗剝蝕的地方。低水泥澆注料氣孔率低、組織均勻，在低溫至中溫范圍內(nèi)強(qiáng)度高，并且因其含CaO量低而提高了高溫強(qiáng)度和抗腐蝕性。低水泥澆注料由于其在低水量時(shí)具有關(guān)鍵性細(xì)粉基質(zhì)組成的合適的分布狀態(tài)，充分發(fā)揮其性能。大量的研究結(jié)果表明，低含水量對(duì)澆注料性能十分重要，物料含水量的變化對(duì)其物理性能有直接影響。通過(guò)增加含水量來(lái)提高物料流動(dòng)性的方法，實(shí)際上會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生有害影響。許多實(shí)例表明：當(dāng)水分超量0.5～1wt%時(shí)，其強(qiáng)度下降50%以上;并且在振動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致物料的脫落和偏析。
鋁酸鈣水化產(chǎn)物CAH10，C2AH8，C3AH6、及AH3的穩(wěn)定溫度范圍分別約為0～20℃，20～60℃，30～350℃及0～350℃。在200～350℃，AH3脫水轉(zhuǎn)變成Al2O3，C3AH6轉(zhuǎn)變成C12A7和CaO;在600～1000℃溫度區(qū)間，C12A7和CaO反應(yīng)生成CA;在1000～1300℃溫度區(qū)間，CA和A反應(yīng)生成CA2;當(dāng)溫度提高至1400～1600℃時(shí)，CA2和Al2O3反應(yīng)生成CA6。
磷酸鹽外加劑的使用使水化物變成無(wú)定型或結(jié)晶度很差的物質(zhì)。試樣的氣孔率和結(jié)構(gòu)的完整性分別因生成上述水化物而得以降低和提高，從而使鋁酸鈣水泥混凝土的強(qiáng)度得以改善。在1000～1200℃，鋁酸鈣水泥混凝土發(fā)生大幅度的強(qiáng)度降低。發(fā)現(xiàn)這種降低可歸因于水化物結(jié)構(gòu)向陶瓷化結(jié)構(gòu)更替中化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化和形成疏松的結(jié)構(gòu)。
CA6與剛玉具有完全不同的結(jié)構(gòu)，體積密度比剛玉小得多，因此CA6的形成會(huì)導(dǎo)致試樣的體積膨脹，宏觀上的線(xiàn)變化為正值就是這種微觀膨脹的反應(yīng)。鋁酸鈣水泥中含有較多的CA相和玻璃相，且CA相晶體發(fā)育完全，并呈細(xì)粒狀。玻璃相在剛玉澆注料中與剛玉相形成緊密的晶間無(wú)定形結(jié)合而呈過(guò)渡狀態(tài)，類(lèi)似直接結(jié)合，因而使?jié)沧⒘暇哂休^高的冷態(tài)強(qiáng)度。適量的水泥是澆注料獲得流動(dòng)性的必要條件，過(guò)多或過(guò)少都將影響澆注料的流動(dòng)性，進(jìn)而影響自流澆注料的其它性能。鋁酸鈣水泥的膠凝作用是澆注料常溫強(qiáng)度的主要來(lái)源，但因?yàn)殇X酸鈣水泥中CaO在高溫下與Al2O3，SiO2等組分形成低熔相，會(huì)降低澆注料的高溫強(qiáng)度。因此，既要保證澆注料的常溫強(qiáng)度，又不損失制品的高溫使用性能，水泥加入量必有一個(gè)最佳值。
