耐火浇注料施工后返碱问题分析与对策

2020-01-14师厚云张彬汤学花

中国设备工程 2019年24期

师厚云，张彬，汤学花

（宁波连通设备集团有限公司，浙江宁波 315000）

1 返碱现象的由来

耐火浇注料广义是指水硬性耐火材料是由耐火颗粒基料、粉料及其他不同属性的外加剂组成，经加水搅拌后具有有一定硬度和强度的不定型产品，施工使用时候需要支模具浇注用振动棒振动施工，是应用在高温行业比较广泛的耐火材料。施工完毕拆模后的耐火浇注料如果没有及时进行烘炉，在放置过程中，可能表面会出现长白毛，随后慢慢出现起砂和粉化。然后用手摸就能明显感觉到掉砂，这种现象我们称作返碱现象，比较容易在夏天发生。如果不及时采取措施，将来会对施工体的质量造成较大影响。

图1

2 返碱现象的原因

返碱的原因有很多，个人分析认为主要体现在下面几个方面：

2.1 原材料中碱性物质的影响

耐火浇注料配制的原料中含有Na、K、Fe2O3等碱金属氧化物，而这些碱金属氧化物在与水结合搅拌后形成凝结硬化，生成游离水漂浮在其表面的水中，会带有松散的胶状白色沉淀物，这种现象是由于耐火浇注料表面未水化的水泥颗粒遇水后形成的饱和溶液，随之沉淀出铝胶和水化铝酸钙导致碱金属氧化物与空气中的二氧化碳等发生反应形成的。如耐火浇注料原料中耐火骨料、耐火粉料、作为耐火浇注料结合剂的铝酸钙水泥，各种微硅粉和添加剂、减水剂、促凝剂、防爆剂等。这些材料中往往都含有少量的碱金属氧化物，其中所含的碱，有一部分可以溶入水中，特别是分散剂中的碱，几乎全部溶入水中。而这些溶入水中的碱金属就可以通过毛细孔向硬化体表面迁移，到达表面后再与空气中的CO2 反应形成碳酸盐产生返碱，膨胀，浇筑体表面出现长白毛、挂白霜、起皮疏松脱落现象。主要化学反应方程式为：

浇注料体系内部Na+离子的扩散和反应：

Na2O+H2O → 2Na++ 2OH-

2Na++2OH-+CO2+H2O → Na2CO3.xH2O

碳酸盐继续和铝酸盐水泥的水化产物发生反应：

Na2CO3+CaH10 → CaCO3+Na2O.AL2O3+10H2O

上面反应所形成的氯酸钠会继续在潮湿的空气中反应，重新生成碳酸钠：

CO2+Na2O.AL2O3→ Na2CO3+ AL2O3

2.2 气孔率和气孔孔径大小

在20 世纪的70、80 年代，发拉基公司通过大量对基于矾土水泥结合的浇筑料的研究发现，浇注料的气孔率是影响碱化现象的主要因素之一。气孔率与水灰比之间的关系已经证实了结合相的气孔率是非常重要的。

图2

2.3 环境湿度

以下是不同环境湿度对基于矾土水泥结合的轻质浇注料粉化现象的影响。很明显，环境湿度越大，碱化现象越明显。

图3

3 返碱现象的解决办法

（1）浇注料及时烘干。浇注料返碱关键在于游离水的存在，要解决此问题就必须及时将游离水排出，在碱金属和碱土金属物质遇水转化为氢氧化物迁移前形成稳定化合物，从而杜绝返碱现象发生。那么就应该及时烘烤浇筑体，排出浇筑体内的自由水。经过长期的生产经验积累，个人认为可以采取如下烘烤曲线，可以达到较好的烘炉效果，且不会导致已施工的浇筑体发生损坏，造成不必要的返修。

图4

（2）在新施工的衬里层表面涂抗渗透有机涂料。新施工的浇注料如果不能及时烘干，那么可以在表面覆盖塑料薄膜，或在新施工的衬里层表面涂抗渗透有机涂料并在固化24 小时后再涂一次同样的涂料，从而阻止水分携带着碱向表面迁移。如采用抗渗透有机涂料，涂料应有颜色，以便区分涂刷区域和未涂刷区域，该种涂料燃点一般可在150℃左右，设备运行时，完全可以燃烧清除。根据历年的经验，AntisolR-A 有机抗渗透涂料可以达到较好的抗渗透效果。

（3）可以从耐火浇注料自身解决，方法就是选用低碱含量的耐火原料，提高耐火浇注料黏度及快速硬化，这样可降低钠盐迁移速度，做好加强质量管理，严格控制加水量，防止加水过多。