耐火澆注料施工后返堿問題分析與對(duì)策

師厚云，張彬，湯學(xué)花

（寧波連通設(shè)備集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315000）

1 返堿現(xiàn)象的由來

耐火澆注料廣義是指水硬性耐火材料是由耐火顆?；?、粉料及其他不同屬性的外加劑組成，經(jīng)加水?dāng)嚢韬缶哂杏幸欢ㄓ捕群蛷?qiáng)度的不定型產(chǎn)品，施工使用時(shí)候需要支模具澆注用振動(dòng)棒振動(dòng)施工，是應(yīng)用在高溫行業(yè)比較廣泛的耐火材料。施工完畢拆模后的耐火澆注料如果沒有及時(shí)進(jìn)行烘爐，在放置過程中，可能表面會(huì)出現(xiàn)長白毛，隨后慢慢出現(xiàn)起砂和粉化。然后用手摸就能明顯感覺到掉砂，這種現(xiàn)象我們稱作返堿現(xiàn)象，比較容易在夏天發(fā)生。如果不及時(shí)采取措施，將來會(huì)對(duì)施工體的質(zhì)量造成較大影響。

圖1

2 返堿現(xiàn)象的原因

返堿的原因有很多，個(gè)人分析認(rèn)為主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

2.1 原材料中堿性物質(zhì)的影響

耐火澆注料配制的原料中含有Na、K、Fe2O3等堿金屬氧化物，而這些堿金屬氧化物在與水結(jié)合攪拌后形成凝結(jié)硬化，生成游離水漂浮在其表面的水中，會(huì)帶有松散的膠狀白色沉淀物，這種現(xiàn)象是由于耐火澆注料表面未水化的水泥顆粒遇水后形成的飽和溶液，隨之沉淀出鋁膠和水化鋁酸鈣導(dǎo)致堿金屬氧化物與空氣中的二氧化碳等發(fā)生反應(yīng)形成的。如耐火澆注料原料中耐火骨料、耐火粉料、作為耐火澆注料結(jié)合劑的鋁酸鈣水泥，各種微硅粉和添加劑、減水劑、促凝劑、防爆劑等。這些材料中往往都含有少量的堿金屬氧化物，其中所含的堿，有一部分可以溶入水中，特別是分散劑中的堿，幾乎全部溶入水中。而這些溶入水中的堿金屬就可以通過毛細(xì)孔向硬化體表面遷移，到達(dá)表面后再與空氣中的CO2 反應(yīng)形成碳酸鹽產(chǎn)生返堿，膨脹，澆筑體表面出現(xiàn)長白毛、掛白霜、起皮疏松脫落現(xiàn)象。主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：

澆注料體系內(nèi)部Na+離子的擴(kuò)散和反應(yīng)：

Na2O+H2O → 2Na++ 2OH-

2Na++2OH-+CO2+H2O → Na2CO3.xH2O

碳酸鹽繼續(xù)和鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)：

Na2CO3+CaH10 → CaCO3+Na2O.AL2O3+10H2O

上面反應(yīng)所形成的氯酸鈉會(huì)繼續(xù)在潮濕的空氣中反應(yīng)，重新生成碳酸鈉：

CO2+Na2O.AL2O3→ Na2CO3+ AL2O3

2.2 氣孔率和氣孔孔徑大小

在20 世紀(jì)的70、80 年代，發(fā)拉基公司通過大量對(duì)基于礬土水泥結(jié)合的澆筑料的研究發(fā)現(xiàn)，澆注料的氣孔率是影響堿化現(xiàn)象的主要因素之一。氣孔率與水灰比之間的關(guān)系已經(jīng)證實(shí)了結(jié)合相的氣孔率是非常重要的。

圖2

2.3 環(huán)境濕度

以下是不同環(huán)境濕度對(duì)基于礬土水泥結(jié)合的輕質(zhì)澆注料粉化現(xiàn)象的影響。很明顯，環(huán)境濕度越大，堿化現(xiàn)象越明顯。

圖3

3 返堿現(xiàn)象的解決辦法

（1）澆注料及時(shí)烘干。澆注料返堿關(guān)鍵在于游離水的存在，要解決此問題就必須及時(shí)將游離水排出，在堿金屬和堿土金屬物質(zhì)遇水轉(zhuǎn)化為氫氧化物遷移前形成穩(wěn)定化合物，從而杜絕返堿現(xiàn)象發(fā)生。那么就應(yīng)該及時(shí)烘烤澆筑體，排出澆筑體內(nèi)的自由水。經(jīng)過長期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，個(gè)人認(rèn)為可以采取如下烘烤曲線，可以達(dá)到較好的烘爐效果，且不會(huì)導(dǎo)致已施工的澆筑體發(fā)生損壞，造成不必要的返修。

圖4

（2）在新施工的襯里層表面涂抗?jié)B透有機(jī)涂料。新施工的澆注料如果不能及時(shí)烘干，那么可以在表面覆蓋塑料薄膜，或在新施工的襯里層表面涂抗?jié)B透有機(jī)涂料并在固化24 小時(shí)后再涂一次同樣的涂料，從而阻止水分?jǐn)y帶著堿向表面遷移。如采用抗?jié)B透有機(jī)涂料，涂料應(yīng)有顏色，以便區(qū)分涂刷區(qū)域和未涂刷區(qū)域，該種涂料燃點(diǎn)一般可在150℃左右，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，完全可以燃燒清除。根據(jù)歷年的經(jīng)驗(yàn)，AntisolR-A 有機(jī)抗?jié)B透涂料可以達(dá)到較好的抗?jié)B透效果。

（3）可以從耐火澆注料自身解決，方法就是選用低堿含量的耐火原料，提高耐火澆注料黏度及快速硬化，這樣可降低鈉鹽遷移速度，做好加強(qiáng)質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制加水量，防止加水過多。

4 結(jié)語

上面介紹了耐火澆注料堿化現(xiàn)象的由來及相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。但請(qǐng)注意，堿解作用是一種自然現(xiàn)象，采用任何一種方法都不可能完全避免。當(dāng)堿解作用已經(jīng)發(fā)生時(shí)，耐火層厚度中的疏松部分通常小于10mm，這時(shí)應(yīng)盡快將松散材料刷去并涂上抗?jié)B透涂料。