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行業(yè)資訊

高鋁水泥澆注料的損壞現(xiàn)象

近年來,耐火澆注料及其預制件的應用范圍不斷擴大,使用量不斷增加。然而,經常發(fā)現(xiàn)一些高鋁水泥耐火澆注料在養(yǎng)護或制成預制件貯存過程中有粉化、崩毀、剝落現(xiàn)象。這一現(xiàn)象帶來的危害性,已引起人們的重視,并開始對這種粉化現(xiàn)象進行了研究。一般認為,造成這種耐火澆注料損壞的原因是澆注料在大氣中碳酸化、硫酸化過程引起水化物分解,強度下降。同時,澆注料中水分向表面的遷移,蒸發(fā)、使可溶性鹽類不斷在表面折出,其中一部分含結晶水的鹽類因風化失去結晶水而發(fā)生體積變化,加劇了損壞過程。

本文對實際生產過程中出現(xiàn)損壞的耐火澆注料表面析出物進行了分析,并在實驗室證實了高鋁水泥耐火澆注料損壞過程。

高鋁水泥澆注料粉化現(xiàn)象

高鋁水泥耐火澆注料或預制件在養(yǎng)護過程中,經常有不同程度的粉化、剝落現(xiàn)象。表1列出了實際現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象的幾種澆注料物理性能指標。對高鋁質澆注料養(yǎng)護過程中的表面白色析出物進行X射線衍射分析得知,其主要物相是Na2SO4,除此之外,還有少量的剛玉相和莫來石相,剛玉相和莫來石相是這種高鋁澆注料的主要物相,是取樣時帶入的。在電子顯微鏡下觀察了這種粉末的形貌,發(fā)現(xiàn)大部分為無規(guī)則形狀,少量呈帶狀螺旋結構。電子探針能譜分析觀察表面,無規(guī)則形狀粉末的主要成分為Na、S和O元素,還有Al、Si、P、K、Ca和Fe等元素,對照X射線衍射圖譜,確定它為Na2SO4物相;而螺旋狀結構中,除存在有上述元素外,還有大量的C、Cl元素,且S元素含量偏低,可能有氯化物、碳酸鹽存在。同樣,將輕質澆注料表層粉化、剝落的粉末浸泡與水后,檢測經過濾、結晶析出粉末的物相組成,主要物相為含水Na2SO4、無水Na2SO4及少量的Na2CO3。

高鋁水泥澆注料表面的白色析出物,種類比較復雜,有可溶性碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物等,發(fā)現(xiàn)可溶性析出物為Na2CO3·nH2O(n=1.7,10)。盡管碳酸化和硫酸化過程反應產物還可能有CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)、CaCO3(s)、Na2O·Al2O3、Na2O·11Al2O3,但可以認為本實際現(xiàn)場澆注料表面析出物主要是NaCO3、Na2SO4、氯化物等可溶性鹽類,這主要與澆注料的碳酸化、硫酸化過程相關?諝庵械乃嵝詺怏wCO2、SO2、H2S由澆注料表面向內部擴散,與高鋁水泥水化物發(fā)生侵蝕反應,其產物相CaCO3、CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)等產物容易在原地發(fā)生沉淀,不隨著水分子遷移至表面聚集。而澆注料水中的離子如Na+、K+、SO42- 、CO32-和Cl-等,隨著水分子在表面蒸發(fā),其結合形成的可溶性化合物超過水中的溶解度而析出,若含一定的結晶水,將進一步風化、失水,同時伴隨著體積變化,將加劇損壞過程。例如Na2CO3·nH2O和Na2SO4·nH2O就是這種含結晶水的可溶性鹽類。澆注料表面析出物經溶解、過濾后的熱分析圖譜表明,其主要物相為Na2SO4·10H2O。從中可以推測Na2SO4·10H2O不斷從水溶液中結晶析出,在60℃左右失去一部分結晶水,在100℃左右又進一步失水風化形成Na2SO4。Na2SO4·10H2O在失水風化過程中,伴隨著晶型的轉變和體積的收縮,體積收縮率可達45.4%。

空氣中的酸性氣體CO2、SO2、H2S是高鋁澆注料發(fā)生碳酸化現(xiàn)象的原因之一,而現(xiàn)場澆注料用水質量也不容忽視,尤其是水中的SO42-和H+,對高鋁水泥水化物也起一定的侵蝕作用。

2 驗證

從實際現(xiàn)場高鋁澆注料粉化現(xiàn)象看,高鋁澆注料暴露在空氣中損壞與其硫酸化、碳酸化過程以及水源質量有關。在實驗室選擇了一種輕質澆注料,引入高鋁水泥作為結合劑,用磷酸鹽為分散劑,考慮水源質量、養(yǎng)護條件以及在澆注料中添加外加劑(Na2SO4和Na2CO3),驗證上述因素的影響。

2.1 水源質量與養(yǎng)護條件的影響

輕質澆注料經振動成型,制成40mm×40mm×160mm的試樣。所用的水源有蒸餾水、大峪溝自來水,澆注成型24h后脫模,采用自然養(yǎng)護和密封養(yǎng)護兩種方法。結果發(fā)現(xiàn):自然養(yǎng)護3~5d后,無論是用蒸餾水還是自來水,其試樣的成型表面均出現(xiàn)白色析出物,表面開始脫皮、剝落。用自來水的試樣表面析出物明顯多于用蒸餾水的試樣。而對于密封條件下養(yǎng)護的試樣,用蒸餾水的試樣未發(fā)現(xiàn)有這種現(xiàn)象,而用自來水的試樣與其他空氣中養(yǎng)護相似,其表面也有白色析出物產生,析出物成分與大體積預制件表面出現(xiàn)的析出物基本一樣,為硫酸鹽和碳酸鹽。這說明養(yǎng)護方法和水源質量對澆注料的影響不容忽視。

2.2 外加劑影響

在輕質澆注料中分別引入固體Na2CO3和Na2SO4后,澆注料的加水量明顯窯高于未添加這兩種外加劑的試樣,而且隨著兩種外加劑有促凝作用有跪安。在可澆注料條件下,引入Na2CO3試樣的加水量高于加Na2SO4的試樣。在自然養(yǎng)護過程中,所有試樣表面均出現(xiàn)白色析出物,然后有粉化、剝落現(xiàn)象.三種澆注料養(yǎng)護12h脫模,24h后強度均達到最高值,4d后強度又降至最低,這可能與水泥主要水化產物CAH10、C2AH8、C3AH6之間的轉變有關。隨著時間的延長,試樣強度又降低的趨勢,加Na2SO4的次之,而未引入添加劑的是試樣因其在空氣中養(yǎng)護和水源的以緣故。也發(fā)生粉化、強度下降。未引入外加劑試樣(A)與引入1%(質量分數(shù),下同)Na2SO4(B)和1% Na2CO3(C)的試樣脫模后自然養(yǎng)護5d后的結果。引入Na2CO3的試樣完全粉化,Na2SO4的試樣開始剝落,而未引入外加劑的試樣表面有析出物出現(xiàn),但還沒有粉化、剝落跡象。這證實了上述兩種外加劑在澆注料損壞過程中的影響。

3 結論

(1)高鋁水泥澆注料損壞后的表面析出物與其暴露在大氣中遭受CO2、SO2、H2S等酸性氣體侵蝕而引起硫酸化、碳酸化過程以及水源質量有關。

(2)防止高鋁水泥澆注料損壞發(fā)生的措施可以從考慮養(yǎng)護條件和所用水源質量等因素入手。

 

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