对干熄焦炉斜道支柱耐火材料损毁分析可知，提高耐火材料的抗折强度及抗热震性能是延长其使用寿命的有效途径。在莫来石-碳化硅浇注料中引入钢纤维进行增强增韧，提高其使用寿命。而结合剂种类对耐火浇注料的施工性能与使用性能至关重要，本文以纯铝酸钙水泥(Secar71)、硅溶胶和铝硅凝胶粉三种结合剂对浇注料结构与性能的影响，以确定合适的结合剂。实验配方见表1，研究分别以纯铝酸钙水泥(Secar71)、硅溶胶和铝硅凝胶粉为结合剂对莫来石-碳化硅浇注料的影响。

1、常规物理性能
可以看出，在110℃烘干后和1000℃热处理后，铝酸钙水泥结合的试样显气孔率最小，体积密度最大，说明水泥结合的浇注料流动值最好，有利于试样成型;铝酸钙水泥结合试样在850℃时大量脱水使得显气孔率增加，体积密度降低，1000℃热处理后试样烧结收缩，致密度增大。

不同结合剂对材料抗折强度的影响

可以看出，不同结合剂的试样常温抗折强度和常温耐压强度都随着热处理温度的升高而提高;在110℃烘干后，铝酸钙水泥结合的试样抗折强度最高，为7.5MPa，铝硅凝胶粉结合的试样强度最低，这说明水泥与水发生化学反应而凝固、硬化并获得的强度最高，最有利于耐火浇注料的施工安全。850℃热处理后，三种结合剂的试样常温抗折强度差别不明显，铝酸钙水泥结合的试样常温耐压强度最高，为53.6MPa;1000℃热处理后，铝酸钙水泥结合的试样常温抗折强度最大，为14.3MPa，铝硅凝胶粉结合的试样常温耐压强度最大，为70.2MPa。说明铝酸钙水泥水化后产生的一铝酸钙CA、二铝酸钙CA2、和七铝酸十二钙C12A7等物相具有较高的结合强度;铝硅凝胶粉中纳米Al2O3和SiO2反应生成莫来石结合相，能提高浇注料的强度。

2、孔径分布

从图5、6可以看出，1000℃热处理后，铝酸钙水泥结合试样(A组试样)的平均孔径为0.23μm，中位径为0.74μm，其孔径分布最集中(0.01μm~2μm);硅溶胶结合的试样(B组试样)的平均孔径最小，为0.13μm，中位径为0.40μm，其孔径分布较广(0.01μm~4μm);铝硅凝胶粉结合的试样(C组试样)的平均孔径最大，为0.28μm，中位径为0.77μm，其孔径分布范围为(0.01μm~6μm)，但孔径集中分布在(0.01~1μm)之内。

从图7可以看出，硅溶胶结合的试样高温抗折强度最高，为13.7MPa，水泥结合的试样与铝硅凝胶粉结合的试样高温抗折强度则较低，分别为7.8MPa、8.3MPa。这是因为硅溶胶中纳米SiO2会在试样中形成硅氧网络结构，而且反应活性极高，在1000℃时极易与活性α-Al2O3微粉反应形成莫来石网络结构，提高了试样的强度;铝硅凝胶粉中SiO2含量较少，其试样在1000℃形成莫来石网络结构不如硅溶胶结合的试样牢固，高温抗折强度较低;铝酸钙水泥中含有一定量的CaO，容易在高温下与材料中的SiO2和Al2O3形成3CaO×Al2O3、2CaO×Al2O3×SiO2等低熔点物相，在高温下变成液相，降低了试样的高温抗折强度。

3.2.4热震稳定性

从图8、9可以看出，硅溶胶结合的试样残余抗折强度最高，为7.8MPa，铝硅凝胶粉结合的试样残余抗折强度最小，为5.3MPa，铝酸钙水泥结合的试样残余抗折强度和抗折强度保持率都较高。铝酸钙水泥结合的试样与硅溶胶结合的试样抗热震性能较好的原因可能分别是集中的孔径分布和硅氧网络结构。在非均质多相耐火材料内部，由于各相物质热膨胀系数的差异，使得材料在热膨胀失配过程中产生大量的微裂纹，材料内部的微裂纹不仅能吸收弹性应变能，降低主裂纹扩展驱动力，而且将裂纹尖端集中的应力进行分散，消耗裂纹扩展的能量，有利于提高材料的抗热震性能。

5、耐磨性能

不同结合剂的试样经1000℃烧成后进行耐磨试验，结果如图10所示。可以看出，铝酸盐水泥结合的试样与铝硅凝胶粉结合的试样磨损量较小，其中铝酸盐水泥结合的试样磨损量最小，为3.75cm3，硅溶胶结合的试样磨损量最大，为7.58cm3。对于包含骨料与基质的非均质耐火材料而言，冲刷磨损一般先将基质冲刷掉，使得突出的孤岛状颗粒成为磨损的重点，颗粒脱落后，形成裂纹，加剧周围基质的进一步损毁。铝酸盐水泥结合的试样致密度较高，SiO2微粉与水泥水化物之间形成Si-O-Al结合键，基质结合紧密，耐磨性较好;铝硅凝胶粉结合的试样中纳米Al2O3与SiO2反应生成莫来石基质，能提高耐磨性能;硅溶胶结合的试样基质中由于存在大量微裂纹，不利于抗冲刷磨损。

6、显微结构分析

从图11可以看出，经1000℃热处理后，铝酸钙水泥结合的试样中基质与骨料之间结合最为紧密，这就是试样致密度较高、强度较高、耐磨性较好的原因，同时基质中含有大量微裂纹，所以试样的孔径分布集中和热震稳定性较好;硅溶胶结合的试样中存在大量空隙及微裂纹，这就是试样显气孔率高、孔径分布广和耐磨性差的原因，同时试样中存在大量硅氧网络结构，所以试样的高温抗折强度高和抗热震性能好;铝硅凝胶粉结合的试样中骨料与基质结合状态较好，基质中存在大量柱状莫来石网络结构，使得试样具有较好的力学性能和耐磨性能。

(a)水泥结合试样(b)硅溶胶结合试样(c)铝硅凝胶粉结合试样