耐火材料中主原料至關重要，結合劑是不可缺少的成分。要制得高質量的耐火材料，除選用優(yōu)質原料外，結合劑也起到重要作用。特別是談到不定形耐火材料結合劑的時候，說結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，對結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在一起的物質，也稱“膠結劑”或“粘結劑”。根據(jù)該定義，結合劑應具有以下性能：

　　1)能常溫硬化;

　　2)硬化時體積變化小;

　　3)到高溫時也有強度;

　　4)不能降低耐火性能;

　　5)對人體和環(huán)境沒有影響;

　　6)成本低;

　　7)供應穩(wěn)定等。

　　高鋁水泥，硅酸鈉和磷酸鋁能滿足以上要求，并有了廣泛應用。

　　2結合劑的分類

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

　　圖1結合劑分類示意圖

　　3結合方式

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

　　3.1粘著結合

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

　　3.2凝聚結合

　　所謂凝聚結合，是指分散狀態(tài)的粘土或氧化物懸體由于凝集而產生的硬化反應。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展，實行澆注法施工，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合和反應結合兩類，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粉在水中的分散凝集作用制成的，所以又被稱為粘土結合澆注料或超細粉結合澆注料。

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

　　圖2凝聚結合的模擬分類圖

　　關于凝聚結合的澆注料可分為以下幾類：

　　3.2.1高鋁水泥結合的澆注料

　　高鋁水泥結合澆注料的組成成分為高鋁水泥、氧化鋁細粉、分散劑及凝結調節(jié)劑。提高高鋁水泥中的Al2O3含量，就是為改善水合結合，應用氧化鋁水泥在分散凝集方面比較適用，因為它利用了氧化鋁細粉的凝集效果，所以考慮選用它作為凝集結合的一種結合劑。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粘土結合澆注

　　粘土結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，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，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，采用氧化鋁水泥時屬于水化結合。

　　3.2.3超細粉結合澆注料

　　利用超細粉(SiO2、Al2O3、TiO2、Cr2O3等)代替粘土的分散凝聚作用時，可認為基本上屬于同一類結合。當同時使用高鋁水泥和粘土時，為確保可使用時間，必須使凝聚劑在某個時間內不起作用，為此應加入具有金屬離子封鎖能力的添加劑。實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間。

　　這樣，利用分散凝集作用研制的新形澆注料的特點如下：

　　質地致密(因加水量少);

　　低熔點生成物少(高鋁水泥等結合劑數(shù)量少)。

　　其缺點是：必須注意干燥制度、硬化時間及可使用時間的控制比較困難。

　　3.3化學結合

　　所謂化學結合，系指利用酸或堿等的化學反應所產生的結合，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合劑，在常溫或干燥溫度下發(fā)生反應硬化，即所謂樹脂結合。

　　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而生成nSiO2起結合作用，其反應如下：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，由于其生成物為低熔點物質，因而不能用來作高溫結合劑，多半用來生產低溫用耐火澆注料。

　　3.3.3酚醛樹脂+硬化劑

　　當不定形耐火材料需要常溫硬化時，通常多采用甲階酚醛樹脂及硬化劑。

　　3.4水化結合

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

　　3.5陶瓷結合

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

　　除此之外，還可用金屬粉作陶瓷結合劑，特別是采用硅粉及鋁粉者居多。加入金屬粉的優(yōu)點是可以在較大范圍內提高高溫強度。另外，Si與C發(fā)生反應，生成β-SiC，而金屬Al與之反應則生成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，但是由于其反應能力較強，在不定形耐火材料中使用時要有一定限制。

　　4結語

　　以上敘述了不定形耐火材料用結合劑的現(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。通常使用的結合劑容易生成較多的低熔點相，應將低熔點結合劑改為高熔點結合劑，而且其加入量亦應適當減少。

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

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

　　隨著結合劑性能的提高，并且將多種結合劑配合使用，導致處理復雜化，而且可使用時間及硬化時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，還要求降低其價格。因此，今后應當研究如何降低結合劑的價格及提高其質量的問題。