對實際生產(chǎn)中常見的耐火澆注料粉化現(xiàn)象進行了分析，認為高鋁澆注料的自損壞機理為高鋁水泥水化產(chǎn)物被大氣中的酸性氣體(CO2、SO2、H2S)侵蝕 ,導(dǎo)致水化物分解 ,結(jié)合強度下降，引起高鋁耐火澆注料粉化、剝落。另外，隨著澆注料中水分的蒸發(fā)，鹽類物質(zhì)不斷向蒸發(fā)面遷移、析出，其中一部分含結(jié)晶水的鹽類，進一步失去結(jié)晶水，伴隨著體積變化，加劇了澆注料的損壞過程。
1澆注料損壞現(xiàn)象及機理
1.1澆注料的碳酸化現(xiàn)象
高鋁澆注料的碳酸化，被認為是導(dǎo)致這種澆注料結(jié)構(gòu)強度降低，發(fā)生粉化、剝落的主要原因之一。高鋁水泥結(jié)合澆注料暴露在空氣中，其水化產(chǎn)物 CaO·Al2O3·10H2O、2CaO·Al2O3·8H2O和 3CaO· Al2O3·6H2O，易與空氣中的CO2氣體發(fā)生反應(yīng)。在低于20 ℃時 ,初期水化產(chǎn)物是 CaO·Al2O3·10H2O ,后轉(zhuǎn)變?yōu)?2CaO·Al2O3·8H2O。在高于20 ℃時，初期水化產(chǎn)物是2CaO·Al2O3·8H2O，后轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>3CaO·Al2O3·6H2O。
在熱力學(xué)上，這些水化產(chǎn)物在空氣中發(fā)生碳酸化反應(yīng)完全是可能的，涉及的反應(yīng)方程式見表1.在25℃、標準大氣壓下，三個反應(yīng)的自由能均為負值，且CO2的平衡分壓PCO2 分別為1.013X10-12.17Pa 、1.013X10-9.51Pa和1.013X10-8.88Pa。而在大氣壓中。PcO2=1.013X101.5Pa，這一數(shù)值比耐火澆注料中含水鋁酸鈣開始碳酸化反應(yīng)所需的CO2的分壓高許多，如對于十水鋁酸鈣是（1.013X101.5）/（1.013X10-12.177）=4.68X1013倍。在熱力學(xué)上，含水鋁酸鈣抗CO2能力的順序為：3CaO· Al2O3·6H2O＞2CaO·Al2O3·8H2O＞CaO·Al2O3·10H2O。高鋁水泥水化產(chǎn)物的碳酸化速度依賴于水化產(chǎn)物的穩(wěn)定度。
在生產(chǎn)現(xiàn)場中發(fā)現(xiàn)，高濕度條件下澆注料更易碳酸化，而且與致密澆注料相比，水含量高的輕質(zhì)澆注料更容易粉化，這說明了在有水參與的條件下，也就是CO2處于H2CO3狀態(tài)時，上述三個侵蝕反應(yīng)更易于進行。當水化產(chǎn)物和CO2酸性氣體相互作用時，相間孔隙內(nèi)液體的PH值急劇降低，這就使耐火澆注料中所有水化性生物都變得不穩(wěn)定。經(jīng)熱力學(xué)計算，在酸性條件下，水化產(chǎn)物CaO·Al2O3·10H2O、2CaO·Al2O3·8H2O 和 3CaO·Al2O3·6H2O的穩(wěn)定性，隨水溶液酸性增加而急劇降低，碳酸化過程更易進行。
表1 CO2對耐火澆注料水化產(chǎn)物侵蝕反應(yīng)的計算結(jié)果(25 ℃)
1. 2 澆注料的硫酸化現(xiàn)象
與高鋁水泥水化產(chǎn)物的碳酸化相比 ,其硫酸化現(xiàn)象卻未引起足夠的重視。在大氣中，除CO2 酸性氣體外，還存在SO2、H2S氣體。它們對高鋁澆注料的基質(zhì)部分的水化產(chǎn)物也有強烈的侵蝕作用，導(dǎo)致澆注料粉化和剝落。其反應(yīng)方程式見表2和表3。實際上，在地表條件下，PO2 = 2. 127 ×10 4 Pa ,按上述各反應(yīng)方程可算出SO2 和 H2S 的平衡分壓分別為1. 013 ×10 - 62～1. 013 ×10 - 58 Pa 和1. 013×10 - 149. 36～1.013 ×10 - 146 Pa。這說明，在大氣條件下( PSO2 = 1. 013 ×10 - 5. 32 Pa 和 PH2S = 10 - 6. 22 Pa ,按居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)濃度折算，含水鋁酸鈣在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。它們的穩(wěn)定性順序為3CaO·Al2O3·6H2O > 2CaO·Al2O3·8H2O > CaO·Al2O3·10H2O。
2 結(jié)論
高鋁澆注料的自損壞機理為澆注料基質(zhì)部分的高鋁水泥水化產(chǎn)物被大氣中的酸性氣體(CO2、SO2、H2S)侵蝕 ,導(dǎo)致水化物分解 ,澆注料的結(jié)合強度下降。這種損壞過程實質(zhì)為澆注料的碳酸化和硫酸化過程。
(2)澆注料在養(yǎng)護或自然干燥過程中 ,隨著水分的蒸發(fā) ,澆注料內(nèi)部物質(zhì)向表面遷移、析出 ,其中一部分含結(jié)晶水的鹽類進一步失水，晶型發(fā)生改變，同時伴隨著體積變化 ,加劇了澆注料的損壞過程。