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低水泥耐火澆注料表面損毀的原因分析

  近年來,不定型耐火材料在整個耐火材料中所占的比例在不斷增大,其中增加最多的是澆注料,耐火澆注料使用量的增加主要是因為開發了低水泥和超低水泥結合澆注料技術。
  通常使用的是以鋁酸鹽水泥為結合劑的低水泥耐火澆注料,在鋁酸鹽水泥結合的耐火澆注料中,有相當一部分產品在施工后的養護過程中,坯體表面容易發生一些損壞現象,輕則造成表面粉化剝落,重則直接導致坯體失去結合強度而粉化坍塌。
  尤其對于大型的澆注料預制塊,是一個很大的損失,比如高爐用鐵溝、渣溝預制塊出現表面粉化現象尤為嚴重,所以針對這種現象,對其損毀機理進行了分析,制定了切實可行的避免或減輕澆注料表面損毀的方法和對策。
  低水泥耐火澆注料表面損毀的現象
  通常在低水泥耐火澆注料生產后自然養護過程中,24h 之內為自然反應排氣階段,坯體微熱,表面慢慢硬化,經過 3~5 天的放置后,表面就會出現起皮現象,在氣泡孔隙的周圍出現白色的細粒,輕輕用手按壓發現表面 3~5mm 已經發軟,并逐漸粉化剝落,有的甚至達 10~15mm,這勢必影響產品的結構強度,導致產品使用壽命大大降低,以至不能使用。取剛澆注凝結的樣品和粉化后的樣品進行物理指標檢測,其結果見表 1。
  低水泥耐火澆注料表面損毀的原因分析
  1 、“堿雜質”引起的表面粉化
  在耐火澆注料的配方中,主要的耐火原料、水泥和鈉鹽外加劑等,都含有可溶性的鈉,在低檔的耐火原料中,堿金屬雜質含量往往比較高,外加劑也會引入鈉離子,而水泥的增加,體系的堿性增大,同時生成的水化礦物相也相對較多,在這些可溶堿的存在下發生一系列的反應。
  澆注料中可溶性堿遇水解離,與空氣中的二氧化碳反應會產生碳酸鹽物,同時水泥水化,二者會繼續反應。不斷分解鈣化。
  只要有水泥水化產物存在,以上反應就將循環進行,產物的不斷分解,澆注料坯體就會由表及里發生損壞。
  澆注料中可溶堿的存在,增加了CO2的溶解度,是反應快速進行的重要前提。體系堿性越大,水化礦物相越多,則越有利于反應的進行。
  2 、養護的環境溫度和濕度
  澆注料在澆注成型后,通常養護溫度在 15~20℃,大型的預制塊,為了養護強度的增加,會進入低溫窯進行 30~35℃的養護,經過觀察,養護溫度的提高能增強坯體的強度和使用壽命,并且坯體表面出現粉化的現象也相應減少?梢娕黧w養護環境溫度和濕度,是損毀發生的一個重大因素。一般而言,濕度越大,越容易潤濕澆注料坯體內的氣孔,在潮濕的條件下,澆注料中可溶堿的解離更容易,上文2.1 所述的反應進行的更順利。
  3 、坯體的致密度的影響
  坯體的致密度也是引起澆注料表面粉化的一個重要因素,當坯體的致密度低時,氣孔率增大,空氣中的水幾二氧化碳可以更容易地通過擴散進入坯體中,使得損毀反應發生,導致坯體由表及里的分解粉化。
  4、 施工加水量的影響
  澆注料的初期強度及施工性能均與施工加水量有很大的關系,加水量多施工性能能好些,但對坯體的初期強度及致密度都有一定的副作用,同時加水量多勢必增加水化反應,更容易使坯體表面粉化的發生?刂萍铀,又很難達到施工的性能要求,所以施工的加水量也是一個產生損毀的影響因素。
  澆注料表面損毀的解決辦法
  根據現有的對澆注料表面產生損毀的原因分析,采用相應的措施來防止或降低表面損毀的程度。
  1、采用高純度的原料
  高純度,高致密度的原料,可以減低可溶性堿金屬的含量,例如耐火礬土骨料盡量選用回轉窯煅燒,雜質少、體積密度高的,或采用致密剛玉為骨料,對于不經過煅燒的原料在雜質含量上嚴格控制,同時盡量少的控制加入量。
  2、合理選用外加劑的種類
  傳統的澆注料外加劑通常采用的是木質素鈣鹽及鈉鹽,使得澆注料的堿金屬含量增加,加速了水化分解的反應,經過調整,試驗了新型的復合減水劑,減少鈣鹽的加入,并在加入量上嚴格控制,通過實驗室驗證后在生產中進行了試驗,改變外加劑的種類,并達到最佳的加入量,坯體表面粉化的現象得到了改善,從 3~5 天延長到一周左右,同時坯體的強度也有所提高。不同的外加劑對澆注料性能的影響見表 2。這樣,再結合干燥時間的控制,盡早干燥,增強早期強度,現在坯體表面粉化已經很少發生了。
  3、施工用水的控制
  加強了對施工水質的控制,盡量將水在生產之前先在大的容器中進行沉淀,避免水渾濁和混有雜質等,以減少其它能提高水泥水化速度的外加物的進入。
  4、施工環境的控制
  增強早期強度為了減少和降低澆注料的表面和空氣的接觸程度,采取了表面覆蓋的方法來封閉表面氣孔,盡量隔絕二氧化碳和水汽向澆注料坯體中的擴散,從而阻止損毀反應。同時為盡早使坯體干燥,加強了廠房的保溫,并在必要的情況下,將坯體進入低溫窯干燥后脫模,使坯體在 36h 的最佳養護期內硬化,保證澆注體的強度。
  結論
  通過以上對低水泥耐火澆注料預制塊坯體表面發生損毀的原因分析,按照相應的解決方法并在生產中試驗,已經取得了明顯的效果,表面粉化層厚度從 5mm 左右減少到基本消失,同時,施工加水量減少 2%,使澆注料的強度提高了近 10MPa,這對提高預制塊的使用壽命起到了很好的作用。


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