一种用于航空发动机排气塔的耐高温砂浆及其配制工艺的制作方法

1.本发明属于耐热砂浆领域，具体涉及一种用于航空发动机排气塔的耐高温砂浆及其配制工艺。


背景技术：

2.随着国家经济不断的发展，不论在民用还是军工上航空工业都起着举足轻重的作用。航空发动机作为一种军事和生活中必不可少的尖端产品，对国家的科技水平和国防领域起着重要性作用，它标志着一个国家科技、工业和国防的综合实力。因此在研制航空发动机时拥有一台先进的实验试车台是非常重要的。而排气塔便是航空发动机地面试车台重要组成单元之一，其主要功能是将航空发动机试验时产生的高温尾气通过排气塔排入大气层。因此，开发出一种耐高温性能好且经济实用的砂浆配比，从而保障试车台安全平稳运行，对于我们完成对航空发动机不同性能的一系列测试，发展我国的航空工业具有极其重要的意义。
3.耐高温砂浆是一种能长期在150℃-600℃的高温作用状态下使用的新型砂浆，其热膨胀量小、高温下体积稳定、耐火度高、抗渣性好、铁及其氧化物对其的浸润性低，并能保持所需的物理力学性能和强度稳定性能。随着近年来我国航空工业的飞速发展，其应用范围越来越广，对其适用及使用性能要求也越来越高。目前还没有统一的配合比设计规程、应用标准及设计方法。需要研发一种耐高温砂浆用于建造航空发动机排气塔。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明公开了一种用于航空发动机排气塔的耐高温砂浆及其配制工艺，以提高耐高温砂浆在航空发动机排气塔中的适用性。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于航空发动机排气塔的耐高温砂浆，所述耐高温砂浆包含胶凝材料、细骨料、添加剂和水，其特征在于：按重量份计，所述耐高温砂浆包含1份胶凝材料、2-4份细骨料、0.0015-0.002份添加剂、0.3-0.6份耐火泥和0.8-0.9份水，所述细骨料为耐热熟料砂。
6.作为本发明的一种改进，所述耐热熟料砂为包含刚玉、莫来石和玻璃相的铝矾土耐热熟料，其中所述铝矾土耐热熟料的细度模数为1.8，含泥量为0.2%-0.3%，表观密度为2520 kg/m3，堆积密度为1380 kg/m3，孔隙率为46.0%。
7.作为本发明的一种改进，所述莫来石包含al2o3、sio2。
8.作为本发明的一种改进，所述铝矾土耐热熟料的耐火度≥1500℃，最大粒径≤0.35 mm，级配采用连续级配。
9.作为本发明的一种改进，所述胶凝材料为等级≥32.5级的水泥，并且进一步地，使用细黏土熟料和黏土集料。
10.作为本发明的一种改进，所述水泥为42.5级的水泥。
11.作为本发明的一种改进，所述添加剂为砂浆塑化剂，按所述砂浆塑化剂的重量份
计，所述砂浆塑化剂包含1-2份小苏打、3-5份扩散剂、4-6份乳化剂和5-8份发泡剂，其中所述扩散剂包含木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸铁铬盐，所述乳化剂包含乳化剂sr－10，所述发泡剂包含表面活性剂。
12.作为本发明的一种改进，所述耐火泥为水硬性结合耐火泥。
13.作为本发明的一种改进，所述水为饮用自来水。
14.本发明还提供一种用于航空发动机排气塔的耐高温砂浆的配制工艺，其特征在于：包含以下步骤：（1）按重量份计，称重1份水泥、2-4份铝矾土耐热熟料、0.0015-0.002份砂浆塑化剂、0.3-0.6份耐火泥和0.8-0.9份水，确保水泥在保质期内；（2）将步骤（1）中称重的1份水泥和0.3-0.6份耐火泥浸泡在0.8-0.9份水中，同时进行超声处理5-10 min，超声波的频率为15-25 khz，功率为150-220 w，得到粘稠的糊状物；（3）将步骤（2）中获得的所述糊状物升温至40-60℃，随后将2-4份铝矾土耐热熟料、0.0015-0.002份砂浆塑化剂依次加入所述糊状物中，装入带有搅拌棒的搅拌机中，以550-650 r/min的转速搅拌3-5分钟，静置30分钟，冷却至常温，得到均匀的混合物，同时记录耐高温砂浆的搅拌时间、品种数量和应用的工程部位；（4）封闭保存步骤（3）中所得的混合物，清洁用于运输的车辆、容器，在2小时内将所述混合物运输到施工场地并应用。
15.本发明以耐热熟料砂为主要原料来制作耐高温砂浆，所述熟料砂为经过高温煅烧过的黏土或矾士，优选为铝矾土耐热熟料，其耐火度高达1780℃，化学稳定性强、物理性能良好，且可降低配合料的可塑性，并减小坯体在干燥和烧制时的收缩，在陶瓷和耐火材料的配料中可起瘠化作用。铝矾土耐热熟料的高温膨胀率小，最高仅0.11%，高温下体积稳定，这对保证由其制成的砂浆最终成品的尺寸精度非常可贵，是石英砂无可比拟的，对用于砂浆最终成品的精确配制更有其特殊意义。其混合料的发气性比石英砂低，发气速度慢，这对避免砂浆最终成品易产生砂眼、气泡等瑕疵提供了良好条件，可以大大提高砂浆最终成品的质量，并且使砂浆最终成品表面平整光洁。由于这种耐热熟料砂溃散性好，所以容易清砂。耐热熟料砂的配砂工艺与石英砂相同，水玻璃、黏土、纸浆、超早强水泥等都可在配砂工艺中作为粘结剂使用。使用耐热熟料砂可降低成本，减少或甚至消除硅肺病污染源，改善工人的工作环境。
16.本发明方法中的步骤（2）中在水泥和耐火泥溶于水中的同时进行超声处理，在高能冲击下，对水泥表面能降低具有促进效果，随后与铝矾土耐热熟料、砂浆塑化剂共混，分散均匀度高，补强效果好，为后期水泥共混提供了优异的反应效率，性能改善效果好，且配合水化放热，而小苏打释放气体也对组分分散以及活化具有优异的促进性，不仅改善了流变效果，同时对浆料的细腻分化具有明显改善，配合随后的静置和冷却，进一步提高了力学性能和连接性。
17.本发明以耐热熟料砂为原料的耐高温砂浆具有以下优势：1、热膨胀量小、高温下体积稳定、耐火度高、使用寿命长；2、抗渣性好、铁及其氧化物对其的浸润性低、粘结力强、饱满度高，具有良好的施工性能；
3、所制备的砂浆膨松、柔软，砂浆塑化剂可使砂浆增体10-15％，同时强度不降低，砂浆和易性好，保水性高，粘聚力大，并能保持所需的物理力学性能和强度稳定性能；4、本发明产品无毒无害、掺量少，能够节约能源，同时改善施工环境、降低成本并提高劳效。
具体实施方式
18.下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
19.本发明公开了一种耐高温砂浆以用于建造航空发动机排气塔，以及所述耐高温砂浆的配制工艺以优化配合比。
20.一般来说，不同种类的耐高温砂浆应使用不同的胶凝材料，各种胶凝材料及相应固化剂应符合《通用硅酸盐水泥》gb175、《铝酸盐水泥》gb201、《工业硅酸钠》gb/t 4209、《工业氟硅酸钠》hg/t3252、《工业磷酸》gb/t 2091的相关规定。实际施工使用过程中应使用普通硅酸盐水泥掺细黏土熟料及黏土集料，配制耐高温砂浆使用的水泥等级不低于32.5级，本发明耐高温砂浆使用42.5级的水泥。在本发明的实施例中，耐高温砂浆选用四川红油产的红狮水泥。水量根据掺和料的多少砂的颗粒组成度试确认，水与水泥加磨细掺合料的比例约为1:2。
21.在本发明的实施例中，耐高温砂浆配制使用的细骨料耐热熟料砂为铝矾土耐热熟料，其耐热熟料砂的主要矿物成分为莫来石（al2o3、sio2），它是铝矾土经过高温（1300-1500℃）煅烧而得的烧结块再经过破碎、筛选而成，其耐热度随al2o3含量的增加和煅烧温度的提高而提高。耐高温砂浆细骨料的耐火度应不低于1500℃，细骨料最大粒径不宜大于0.35 mm，级配应采用连续级配。
22.在本发明的实施例中，本发明所采用的水硬性结合耐火泥是由耐火细骨料和起主要结合作用的水硬性结合剂组成的混合料。所述水硬性结合耐火泥呈干粉状，加水后使用，硬化时无需加热。在本发明的实施例中，所述水硬性结合耐火泥的特性如下：可塑性好，粘结强度大，抗蚀能力强；耐火度较高，可达1650℃
±
50℃；抗渣侵性好；热剥落性好。在本发明的实施例中，水硬性结合耐火泥的粒度一般小于1 mm，更优选地小于0.5 mm或更小。其体积密度为1.8-2.2 g/cm3。
23.一般来说，高效砂浆塑化剂是一种可以改善高温砂浆性能的材料。在本发明的实施例中，按高效砂浆塑化剂的重量份计，高效砂浆塑化剂包含1-2份小苏打、3-5份扩散剂、4-6份乳化剂和5-8份发泡剂，其中所述扩散剂包含木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸铁铬盐，所述乳化剂包含乳化剂sr－10，所述发泡剂包含表面活性剂。在优选的实施例中，高效砂浆塑化剂进一步包含防冻剂、减水剂等。从上文可见，高效砂浆塑化剂主要改善了砂浆的和易性、保水性，提高了抹砌效率，减少了落地灰、节约水泥。在砂浆中主要起到扩散水泥、乳化发泡等，砌筑中的砂浆饱满度高，硬化后具有抗冻、减水、防渗、耐久、抗裂、保温、隔热等作用。
24.在本发明的实施例中，以高温烧损低的铝矾土耐热熟料为细骨料，通过细骨料的良好连续级配、硅微粉在细骨料和水泥间隙的填充作用、无机复合减水剂的减水作用以及耐火泥的增强作用，在获得一定室温强度的同时，降低耐高温砂浆中水泥的用量，提高耐高
温砂浆的耐火和抗热冲击性能。
25.一般来说，耐高温砂浆的拌合水与养护水的质量要求应符合《混凝土用水标准》jgj 63的规定。在本发明的实施例中，耐高温砂浆的拌合水与养护水采用饮用自来水。
26.实施例1实施例1所采用的细骨料品种为耐热熟料砂，其细度模数为1.8，含泥量为0.2%，表观密度为2520 kg/m3，堆积密度为1380 kg/m3，孔隙率为46.0%。实施例1所采用的添加剂为高效砂浆塑化剂，其参量为0.2%。
27.本发明所述的耐高温砂浆制备工艺具体如下：（1）按重量计，称取390 kg/m3的水、455 kg/m3的水泥、936 kg/m3的铝矾土耐热熟料、0.80 kg/m3的砂浆塑化剂和182 kg/m3的耐火泥，每种成分之间的重量比为0.86:1.00:2.1:0.002:0.4；制备前要确认水泥在保质期内；（2）将步骤（1）中称重的水泥和耐火泥浸泡在水中，同时进行超声处理10 min，超声波的频率为20 khz，功率为220 w，得到粘稠的糊状物；（3）将步骤（2）中获得的所述糊状物升温至60℃，随后将铝矾土耐热熟料、砂浆塑化剂依次加入所述糊状物中，装入带有搅拌棒的搅拌机中，以600 r/min的转速搅拌3分钟，静置30分钟，冷却至常温，得到均匀的混合物，同时记录耐高温砂浆的搅拌时间、品种数量和应用的工程部位；（4）封闭保存步骤（3）中所得的混合物，清洁用于运输的车辆、容器，在1小时内将所述混合物运输到施工场地并应用。
28.实施例2实施例2所采用的细骨料品种为耐热熟料砂，其细度模数为1.8，含泥量为0.3%，表观密度为2520 kg/m3，堆积密度为1380 kg/m3，孔隙率为46.0%。实施例1所采用的添加剂为高效砂浆塑化剂，其参量为0.2%。
29.本发明所述的耐高温砂浆制备工艺具体如下：（1）按重量计，称取370 kg/m3的水、427 kg/m3的水泥、982 kg/m3的铝矾土耐热熟料、0.79 kg/m3的砂浆塑化剂和170.8 kg/m3的耐火泥，每种成分之间的重量比为0.87:1.00:2.3:0.002:0.4；制备前要确认水泥在保质期内；（2）将步骤（1）中称重的水泥和耐火泥浸泡在水中，同时进行超声处理5 min，超声波的频率为25 khz，功率为150 w，得到粘稠的糊状物；（3）将步骤（2）中获得的所述糊状物升温至50℃，随后将铝矾土耐热熟料、砂浆塑化剂依次加入所述糊状物中，装入带有搅拌棒的搅拌机中，以580 r/min的转速搅拌5分钟，静置30分钟，冷却至常温，得到均匀的混合物，同时记录耐高温砂浆的搅拌时间、品种数量和应用的工程部位；（4）封闭保存步骤（3）中所得的混合物，清洁用于运输的车辆、容器，在1.5小时内将所述混合物运输到施工场地并应用。
30.实施例3实施例3所采用的细骨料品种为耐热熟料砂，其细度模数为1.8，含泥量为0.2%，表观密度为2520 kg/m3，堆积密度为1380 kg/m3，孔隙率为46.0%。实施例1所采用的添加剂为高效砂浆塑化剂，其参量为0.2%。
31.本发明所述的耐高温砂浆制备工艺具体如下：（1）按重量计，称取310 kg/m3的水、351 kg/m3的水泥、1120 kg/m3的铝矾土耐热熟料、0.76 kg/m3的砂浆塑化剂和140.4 kg/m3的耐火泥，每种成分之间的重量比为0.88:1.00:3.19:0.002:0.4；制备前要确认水泥在保质期内；（2）将步骤（1）中称重的水泥和耐火泥浸泡在水中，同时进行超声处理8 min，超声波的频率为18 khz，功率为180 w，得到粘稠的糊状物；（3）将步骤（2）中获得的所述糊状物升温至40℃，随后将铝矾土耐热熟料、砂浆塑化剂依次加入所述糊状物中，装入带有搅拌棒的搅拌机中，以550 r/min的转速搅拌4分钟，静置30分钟，冷却至常温，得到均匀的混合物，同时记录耐高温砂浆的搅拌时间、品种数量和应用的工程部位；（4）封闭保存步骤（3）中所得的混合物，清洁用于运输的车辆、容器，在70分钟内将所述混合物运输到施工场地并应用。
32.实施例4实施例4所采用的细骨料品种为耐热熟料砂，其细度模数为1.8，含泥量为0.2%，表观密度为2520 kg/m3，堆积密度为1380 kg/m3，孔隙率为46.0%。实施例1所采用的添加剂为高效砂浆塑化剂，其参量为0.2%。
33.本发明所述的耐高温砂浆制备工艺具体如下：（1）按重量计，称取330 kg/m3的水、385 kg/m3的水泥、1066 kg/m3的铝矾土耐热熟料、0.77 kg/m3的砂浆塑化剂和154 kg/m3的耐火泥，每种成分之间的重量比为0.86:1.00:2.77:0.002:0.4；制备前要确认水泥在保质期内；（2）将步骤（1）中称重的水泥和耐火泥浸泡在水中，同时进行超声处理10 min，超声波的频率为15 khz，功率为200 w，得到粘稠的糊状物；（3）将步骤（2）中获得的所述糊状物升温至55℃，随后将铝矾土耐热熟料、砂浆塑化剂依次加入所述糊状物中，装入带有搅拌棒的搅拌机中，以650 r/min的转速搅拌5分钟，静置30分钟，冷却至常温，得到均匀的混合物，同时记录耐高温砂浆的搅拌时间、品种数量和应用的工程部位；（4）封闭保存步骤（3）中所得的混合物，清洁用于运输的车辆、容器，在1小时内将所述混合物运输到施工场地并应用。
34.实施例1-4所取的材料用量参数见下表1：表1
使实施例1-4所获得的耐高温砂浆试块进行以下检测：将实施例1-4所获得的耐高温砂浆试块在破型试验前均需要放在水泥试件养护水槽中养护至规定龄期28天，水温控制在（20
±
1）℃。强度试验前15分钟，将耐高温砂浆试块从水槽中取出，用湿抹布覆盖，并将试块表面的沉淀物擦干净。将40 mm*40 mm*160 mmm的耐高温砂浆试块放在电动抗折试验机进行抗折试验，试块破碎成两半，然后进行抗压试验。利用砂浆强度检测仪检测试块强度，得到耐高温砂浆试块强度数据，参照《通用硅酸盐水泥》（gb175-2007）中的标准，判定各个实施例所获得的耐高温砂浆试块强度检测是否合格。将四次强度检测所获得的强度数据记录于下表3中。
35.随后，根据以下步骤测试各个试块的耐热温度：1、将待测试块平均分为5个样品，目检样品无污染、损伤、变形等不良事件；2、将样品在室温下静置30 min，使其与测试环境的温度和湿度相适应；3、开启热风回流炉电源开关，打开传送带运转开关，将z1-z6温区依试验规范设定温度，等待各温区的温度上升恒定。各温区设定要求见下表2：表2温区123456设定温度（℃）901503004506007504、等候热风回流炉各温区达到设定温度后，调整传送带速度在刻度1.2位置；5、将试验样品均匀摆放在载具上，放在传送带上，直至全部通过回流炉；6、收回样品，待冷却后，在10倍放大镜下检查，将结果记录于实验报告和实验记录中。
36.应注意，试验时需做好必要的防护，避免高温烫伤。试验结束时，及时关闭电源，并清理试验杂物。
37.最后，利用砂浆稠度仪检测实施例1所获得的耐高温砂浆试块的稠度，得到稠度数据，判断稠度是否符合设计要求。
38.检测结果：实施例1：根据砂浆强度检测仪，实施例1所获得的耐高温砂浆试块的试块强度数据为35.5 mpa，参照标准，判定实施例1所获得的耐高温砂浆试块强度检测不合格；根据观察，实施例1所获得的耐高温砂浆试块在90℃-150℃温区下就发生断裂，耐热温度不符合设计要求。根据砂浆稠度仪检测，实施例1所获得的耐高温砂浆试块的试块稠度数据为98 mm，
远高于设计要求。因此，实施例1所获得的耐高温砂浆不合格。
39.实施例2：根据砂浆强度检测仪，实施例2所获得的耐高温砂浆试块的试块强度数据为40.0 mpa，参照标准，判定实施例2所获得的耐高温砂浆试块强度检测不合格；根据观察，实施例2所获得的耐高温砂浆试块在90℃-150℃温区下就发生断裂，不符合设计要求。根据砂浆稠度仪检测，实施例2所获得的耐高温砂浆试块的试块稠度数据为78 mm，稍高于设计要求。因此，实施例2所获得的耐高温砂浆不合格。
40.实施例3：根据砂浆强度检测仪，实施例3所获得的耐高温砂浆试块的试块强度数据为65.5 mpa，参照标准，判定实施例3所获得的耐高温砂浆试块强度检测合格；根据观察，实施例3所获得的耐高温砂浆试块在600℃-750℃温区下才发生断裂，耐热温度符合设计要求。根据砂浆稠度仪检测，实施例3所获得的耐高温砂浆试块的试块稠度数据为45 mm，略低于设计要求。因此，实施例3所获得的耐高温砂浆不合格。
41.实施例4：根据砂浆强度检测仪，实施例4所获得的耐高温砂浆试块的试块强度数据为70.5 mpa，参照标准，判定实施例4所获得的耐高温砂浆试块强度检测合格；根据观察，实施例4所获得的耐高温砂浆试块在600℃-750℃温区下才发生断裂，耐热温度符合设计要求。根据砂浆稠度仪检测，实施例4所获得的耐高温砂浆试块的试块稠度数据为63 mm，符合设计要求。因此，实施例4所获得的耐高温砂浆合格。
42.各个实施例的检测结果如下表3所示：表3试验数据
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实施例编号1234试块强度（mpa）35.540.065.070.5耐热温度（℃）90-15090-150150-600150-600稠度（mm）98784563结论：综上所述，耐高温砂浆和普通砂浆在配合比设计、原材料选择、塌落度设计等有着一定区别。现场施工人员在进行耐高温砂浆施工时，应按照实施例4所给出的配合比参数进行耐高温砂浆的配制，以达到符合设计及规范要求的物理力学性能及耐热性能。
43.尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。出的配合比参数进行耐高温砂浆的配制，以达到符合设计及规范要求的物理力学性能及耐热性能。
44.尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。