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                首頁 » 耐材資訊 » 耐材說

                耐火澆註料施工現∴場自粉化(長白毛)的原因分析

                發布日期: 2021-01-07 11:08:09    閱讀量(121)    作者:

                近年來,在施工現場經常發現,襯裏施工完成後,在養護期內襯裏表面出現自粉化現象,即在襯裏表面長出“白毛”,俗稱起白堿。輕者引起襯裏♂表面強度降低,有時表面有粉化現象,影響襯裏的彩神8官网與施工:耐火澆註料襯裏自粉化現象的原因初探表面質量。嚴重者導致耐火澆註料的強度嚴重下降,影響了襯裏的正常使用。這種現象在高溫高濕的環境下更易發生。筆者在20世紀90年代初在南方某石化廠施工時曾發生過因隔熱層襯⊙裏的自粉化而導致襯裏拆除重新施工的事件。

                施工現場環境的不同,自損傷現象出現的時間和嚴重程度也不相同。一般在施工完成一天後出現,高溫高濕時容易產生。水泥用量大的輕質耐火澆註料比水泥用量少的重質耐火澆註料更容易產生。耐火澆註料的自粉化現象重要由下面緣〒由造成,大概上可分為化工流程和物理流程兩大類。

                1、鋁酸鈣水泥的碳酸化反映

                眾所周知,鋁酸鈣水泥的水化反應一般按下列形式進行:

                由上式可知,高鋁水泥的水化產物有4種:CAH10、C2AH8、C3AH6、AH,但在常溫下只有立方晶體的C3AH6和AH是穩定相,6方晶體CAH10和C2AH8是亞穩定相,只有在較低溫度下存在,隨著溫度的提高都轉化成C3AH6。CA2的水化和CA相似。

                一般認為,CAH10和C2AH8都屬於6方晶系,其晶體呈現片狀或針狀,互相交錯重疊結合,可形成堅硬的結晶合生體。AH凝膠又填充於晶體骨架的空隙中,形成致密的結構,從而使水泥石獲得很高的強度。C3AH6屬於立方晶系,常存在較多的位錯等缺陷,且多為粒狀晶體,晶體間的結合較差,故由此水化產物構成的水泥石的強度較低。

                CAH10、C2AH8、C3AH6、AH這4種水化產物的密度分別為1.72、1.95、2.52和2.42。從密度數值可看出,亞穩定相的密度遠比穩定相的密度低。由此可以認為,在發生晶型轉變後,水泥中的孔隙率增加及遊離水析出,晶體間的結合力變弱。加之氫氧化鋁由初期的凝膠逐漸結合為三水鋁石,使其填充孔隙的能力變弱,故而強度降低。

                據熱力學計算可知,下列反應是可以自發進行的:

                從式(1)和式(2)可知,為何在高溫高濕下,耐火澆註料的自粉化現象發生頻率高,程度嚴重。

                2、鋁酸鈣水泥與堿的碳酸鹽反應

                現代的耐火澆註料廣泛采用減水劑和用三聚磷酸鈉作分散劑,這些彩神8官网中均含有大量的可溶性堿,加之耐火原彩神8官网中所含的可溶性堿或施工用水中所帶人可溶性堿,堿含量相▲當大。堿和環境中的二氧化碳發生反應後生成堿的碳酸鹽。

                堿的碳酸鹽會與鋁酸鈣水泥的水化々產物(水化鋁酸鈣)發生反應,反應按如下方式進行:

                上述反應中的R2CO3是由於耐火澆註料中所含的可溶性堿或施工用水所帶入的可溶性堿與大氣中的CO2反應重新生成堿的碳酸鹽,堿的碳酸鹽又再次與水化鋁酸鈣反應,這種反應會不斷地往復進行,水化鋁酸鈣就會不斷地分解,鋁酸鈣水泥的硬化體就會逐漸被瓦解。也就是說由於堿的存在,它可以作為一種媒介物,促進大氣中的CO2對鋁酸鈣水泥的水化Ψ產物進行侵蝕。這個過程可用下式表示:

                由於鋁酸鈣水泥在炎熱潮濕季節比較容易形成C3AH6和C2AH8,當耐火澆註料的拌合物中含有ROH時,這些ROH會隨毛細孔中水分子的蒸發而遷移到表面和大氣中的C晚反應生成堿的碳酸鹽,然後再按上述化學反應,使水化鋁酸鈣分解,如此形成循環,最後使硬化體瓦解。

                3、鋁酸鹽水泥與亞硫酸鹽反應

                在大氣中除了CO2外,還有CO3、H2S等氣體,在煉油廠附近的大氣中這二種組分的含量更高∩。

                在有水分存在的條件下,水泥水化產物會發生下列反應:

                此外,施工用水中常含有SO2-4和H+離子,鋁酸鈣水泥的水化產物也會與之發生反應。水中SO2-4的活度和水的酸性的增加,會使鋁酸鈣水泥水化產物的穩定性急劇下降。中華人民共和國行業標準“隔熱耐磨混凝土襯裏規範”(SHJ 3532—1999)中規定,施工用水的pH值不能小於6.5就是這個原因。

                上述三種反應均屬化學過程。

                4、耐火澆註料表面的鹽析作用

                耐火澆註料在養護或自然幹燥過程中,隨著承分ζ的蒸發,一些可溶性碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等鹽類在耐火澆註料表面聚集、結晶、析出現象稱為鹽析。耐火澆註料表面長“白毛”就是鹽析現象的直接反應。鹽析現象主要由→下列原因造成:

                1)耐火澆註料中所含的離子,如SO2-4、Cl-、Ca2+、Fe2+、Na+、PO3-4、CO2-3等,隨著水分的蒸發,通過毛細孔逐漸向耐火澆註料表面遷移、聚集,當濃度※超過這些鹽類化合物的溶解度時,就在耐火澆註料表面產生結晶。

                2)如上所述,鋁酸∏鈣水泥水化產物與大氣中的CO2、SO2、H2S等氣體反應生成的鹽類在耐火澆註料表面聚集,當濃度超過這些鹽類化合物的溶解度時,也在耐火澆註料表面產生結晶。

                這些鹽類的大多數是含有結晶水的化合物。當環境溫度大於50℃時,結晶水會逐漸失去,同時伴隨著較大的體積變化。如Na2SO4?10H2O屬單斜晶↙系,它的理論密度為1.446g/cm3,而失水後的產物Na2SO4屬正交晶系,理論密度為2.68g/cm3。因此,當Na2SO4?10H2O失水後,體積收縮會達到45.4%。這可能是加劇耐火澆註料∑表面結構粉化、剝落的主要原因之一。這屬於物理過程。

                當然,還有一類不含有結晶水的鹽類,如NaCl等,這類鹽類的鹽析不會帶來晶型轉變和體積變化,對耐火澆註料的表面強度沒有太大的影響,只會影響耐火澆註料的表面質量。

                5、結論

                1)耐火澆註料在施工過程中的自粉化現象是由於鋁酸㊣ 鈣水泥水化產物與大氣中的CO2、SO2、H2S等酸性氣體反應,導致水化產物分解,耐火澆註料的強度下降。主要包括鋁酸鈣水泥的碳酸化反應、鋁酸鈣水泥與堿的碳酸鹽反應和鋁酸鹽水泥與亞硫酸鹽反應三個化學過程。

                2)耐火澆註料在養護或自然幹燥過程中,隨著水分的蒸發,一些可溶性碳酸鹽、磷酸鹽、亞硫酸鹽等鹽類的結晶析出,一部分含結晶水的鹽類的風化、失水,晶型發生轉變,同時伴隨著體積變化,加劇了耐火澆註料的強度損失。

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