深度分析高铝水泥浇注料的粉化现象

铝水泥耐火浇注料或预制件在养护过程中,经常有不同程度的粉化、剥落现象。表1列出了实际现场发现此类现象的几种浇注料物理性能指标。对高铝质浇注料养护过程中的表面白色析出物进行X射线衍射分析得知,其主要物相是Na2SO4,除此之外,还有少量的刚玉相和莫来石相,刚玉相和莫来石相是这种高铝浇注料的主要物相,是取样时带入的。在电子显微镜下观察了这种粉末的形貌,发现大部分为无规则形状

电子探针能谱分析结果表明,无规则形状粉末的主要成分为Na、S和O元素,还有Al、Si、P、K、Ca和Fe等元素,对照X射线衍射图谱,确定它为Na2SO4物相;而螺旋状结构中,除存在有上述元素外,还有大量的C、Cl元素,且S元素含量偏低,可能有氯化物、碳酸盐存在。同样,将轻质浇注料浅表层粉化、剥落的粉末浸泡于水后,检测经过滤、结晶析出粉末的物相组成,主要物相为含水Na2SO4、无水Na2SO4及少量的Na2CO3。

高铝水泥浇注料表面的白色析出物,种类比较复杂,有可溶性碳酸盐、硫酸盐、氯化物等,Ellson和Sakamoto等人也发现可溶性析出物为Na2CO3·nH2O(n=1,7,10)。尽管碳酸化和硫酸化过程反应产物还可能有CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)、CaCO3(s)、Na2O·Al2O3、Na2O·11Al2O3,但可以认为本实际现场浇注料表面析出物主要是Na2CO3、Na2SO4、氯化物等可溶性盐类,这主要与浇注料的碳酸化、硫酸化过程相关。空气中的酸性气体CO2、SO2、H2S由浇注料表面向内部扩散,与高铝水泥水化物发生侵蚀反应,其产物相Ca2CO3、CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)等产物容易在原地发生沉淀,不随着水分子迁移至表面聚集。而浇注料水中的离子如Na+、K+、SO42-、CO32-和Cl-等,随着水分子在表面蒸发,其结合形成的可溶性化合物超过水中的溶解度而析出,若含一定的结晶水,将进一步风化、失水,同时伴随着体积变化,将加剧损坏过程。例如Na2CO3·nH2O和Na2SO4·nH2O就是这种含结晶水的可溶性盐类。浇注料表面析出物经溶解、过滤后的热分析图谱表明,其主要物相为Na2SO4·10H2O。从中可以推测Na2SO4·10H2O不断从水溶液中结晶析出,在60℃左右失去一部分结晶水,在100℃左右又进一步失水风化形成Na2SO4。Na2SO4·10H2O在失水风化过程中,伴随着晶型的转变和体积的收缩,体积收缩率可达45.4%。

空气中的酸性气体CO2、SO2、H2S是高铝浇注料发生碳酸化和硫酸化现象的原因之一,而现场浇注料用水质量也不容忽视,尤其是水中的SO42-和H+,对高铝水泥水化物也起一定的侵蚀作用。表2为几种水源质量对比。与武汉地区水源相比,巩义大峪沟生产现场所用的水,其[SO42-]和[Cl-]指标高,其中[SO42-]超出了国家地面生活饮用水标准,而蒸馏水中[SO42-]和[Cl-]最低。这与生产现场附近有一个硫酸厂不无关系。

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