采用轻质粘土、页岩陶粒、轻质高铝为轻质骨料，粉煤灰漂珠为细粉，应用微粉、超微粉及复合外加剂技术，对轻质、高强、隔热耐火浇注料进行了试验室研究，分析讨论了轻质浇注料的体积密度、气孔率、导热系数、强度及施工用水量的关系。从而研发出了轻质隔热耐火浇注料。
表1轻质浇注料的性能指标
表1是目前轻质浇注料的典型的性能指标。可以看出，市场上的商品高强度轻质浇注料的抗压强度在30MPa以上，体积密度都很大，已接近重质浇注料。
研究轻质高强隔热耐火浇注料，就是要 克服既要高强度、使用温度高，又要体积密度小、导热系数低、收缩小的矛盾。
1. 试验方法
将各种物料按一定比例混合，浇注成40mm×40mmx160mm的试块，110°C/24h烘干，测定试块的体积密度、强度及抗压强度大于30MPa样品的导热系数，测定样品的1100℃烧后的线变化率。
2. 原材料的选择
以页岩陶粒、粘土陶粒、轻质粘土为骨料，漂珠、焦宝石及硅灰分别为细粉和微粉，分散剂、减水剂为复合外加剂，高铝水泥为结合剂。其部分原料的理化性能见表2。
表2 原料的成分特性
3.试验结果
通过对各种原料的配比试验，水泥品种及细度的研究，以及微粉和外加剂的系统研究，从中找出体积密度小而强度高的理想配比。其试验结果见表3。
表3 轻质浇注料的性能指标
从表3可以看出，六组试验结果中，110°C烘干后样品的体积密度除第三组稍大于1600kg/m3以外，其余各组均小于1600(kg/m3)，抗压强度都大于30MPa、抗折强度都大于3.0MPa，1000t烧后的线收缩率都小于0.5%。与市场上的轻质浇注料相比，表3中样品的性能指标都比较优越，达到了轻质、高强的要求。
分析与讨论
轻质高强隔热耐火浇注料目的就是要解决产品既要使用温度高、强度高，又要体积密度小、导热系数低、收缩小的矛盾。以下从样品的体积密度、气孔率、强度、导热系数及施工用水量的相互关系，来分析讨论轻质浇注料的质量。
1.体积密度与强度的关系
体积密度是轻质隔热耐火浇注料的一项重要指标，对其它性能有很大的影响。轻质耐火浇注料的体积密度主要取决于所用轻骨料的体积密度。轻骨料的体积密度越小，由此所配制的轻质浇注料的体积密度也越小。此外，配料比例对轻质浇注料的体积密度也有影响，结合材料和细粉的用量越多，浇注料的体积密度越大。轻质隔热耐火浇注料的体积密度与强度的关系如图1所示，在骨料、胶结材料和掺和料相同的情况下，体积密度越大，强度越高.但会影响轻质浇注料的隔热性能。此外，轻质骨料的强度也是影响轻质浇注料强度的重要因素
图1 轻质耐火浇注料的体积密度及强度的关系(110℃烘干)
2.体积密度、温度与导热系数的关系
轻质隔热耐火浇注料的导热系数与轻质骨料的种类、胶结材料及体积密度有密切的关系。一般情况下，同种材质的浇注料的体积密度越小，导热系数也小，图2示出了它们的关系。
轻质浇注料的导热系数与温度也有很大的关系，通常情况下，温度越高，导热系数越大。在实际应用中，由于轻质隔热耐火绕注料内衬断面上存在着温度梯度，在不同的部位发生不同的物理变化，也影响其导热系数。图3是轻质浇注料的导热系数与温度的关系。
图2轻质浇注料的体积密度与导热系数的关系
图3轻质隔热浇注料的高温导热系数
一般情况下，500°C至900°C之间，导热系数较低，因为在这一区域，水化物结合和化学结合受到部分破坏，也就是结合水开始排出，还未达到形成陶瓷结合的温度，气孔率较高，导热系数相对较低。当加热温度大于1000°C时发生了高温化学反应和烧结作用，形成了很强的陶瓷结合，这时的导热系数比前一段的高。
3.轻质浇注料的体积稳定性
轻质隔热浇注料是不需经过预烧，就在窗炉内直接加热至高温下使用，但烘干和受热后产生过大的收缩会导致出现裂纹而破坏。图4是轻质隔热浇注料加热时的线变化。通常情况下，轻质浇注料的体积密度越大，线收缩率随温度的升高而增加的越小。反之，线收缩率随温度的升高而增加的越大。
图4 轻质隔热浇注料线变化率与温度的关系
4.添加硅微粉对轻质浇注料性能的影响
添加硅微粉对浇注料的强度、施工用水量、流动性及隔热性能等均有很大的影响。正如重质浇注料相同，硅微粉和复合外加剂的联合使用，可以降低轻质浇注料的施工用水，提高了流动性以及轻质浇注料的烘干强度和中温强度。SiO2超微粉在水中能形成胶体粒子，当有分散剂存在时，粒子表面形成双电层的重叠而产生静电斥力，即克服了质点间的分子间作用力，降低了表面能，阻止了粒子之间的吸付絮凝;同时，粒子周围吸附了分散剂而形成了溶媒层，增大了浇注料的流动性，降低了施工用水量。活性SiO2超微粉在水中形成了胶体粒子，并且胶体粒子表面吸附了由外加剂解离出的反电荷离子而使电位下降，当吸附达到“等电点”时便发生了絮凝。掺加硅微粉的浇注料凝结后，Si02表面形成的—Si—OH基，经干燥脱水架桥，形成了(一Si一O一Si—)网状结构，从而发生了硬化。在网状结构中，硅氧键随着温度的升高而不断裂，因此强度也不断提高，可提高浇注料的中温强度。
硅灰是从硅铁合金烟雾中收尘而得的，小于5微米的颗粒占80%以上，轻质浇注料中掺加硅灰，使得材料中产生的孔隙微细-气体难于产生流动，对流传热不易进行。同时，也由于材料中的孔隙直径比气体分子的平均自由程短，也阻止了由于气体分子间的碰撞而引起的热传递现象。从材质上看，SiO2本身就是导热系数低的物质。总之，添加硅灰可提高轻质浇注料的隔热性能。
轻质高强隔热耐火浇注料体积密度小于1600kg/m3，110°C /24h烘干后，抗压强度大于30MPa，1000℃烧后线收缩率小于0.5%。
添加硅微粉和复合外加剂，可以提高轻质浇注料的烘干强度和中温强度，降低烧注料的施工用水量，改善轻质浇注料的隔热性能。
通过降低浇注料的体积密度，提高烘干和烧后强度，降低了导热系数，保证了轻质浇注料的高强性。
导热系数随温度的升高而增大。500°C至900°C间浇注料的导热系数相对较小，1000°C烧后导热系数明显增大。