耐火浇注料常用防爆剂及各类防爆剂的作用效果
发布日期： 2020-04-15 11:47:10 阅读量（1459） 作者：张红以微粉引入为特征高技术耐火浇注料因具有致密度高、耐火性能好、抗渣性能优良等优点而广泛用于钢铁工业中。但同时也带来了一些缺点，如瞬时凝结、延迟硬化和瞬时流动性丧失等，特别是在烘烤过程中比一般浇注料更易发生爆裂，严重时使施工体整体破坏，给用户带来损失，造成较坏的影响。有人指出加入微粉的浇注料的透气性仅为普通水泥耐火浇注料的1/10。
目前，国内外为改善耐火浇注料的抗爆裂性常采用的几种防爆剂有金属铝粉、偶氮二甲酰胺等无机和有机发泡剂及乳酸铝、有机纤维等，目的都是通过增加致密浇注料内部的开口气孔或微细裂纹来提高透气性，使浇注料中的水气易于排出，以改善抗爆裂性。
1、金属铝粉
金属铝粉有还原性，极易氧化，在氧化过程中放热。急剧氧化时每克放热15.5KJ/g。
将金属铝粉加入浇注料中和水混合，有如下反应发生，伴随大量的发热，产生氢氧化铝凝胶和氢气：
Al+3H2O=Al(OH)3+3/2H2↑+954J
这个反应在常温下速度慢，但如与碱共存则生成络离子，可溶于水，因而快速地而且几乎完全地反应。
Al(OH)3+(OH)-→[Al(OH)4]-
在金属铝粉与水反应的过程中，产生大量气体，并通过一定的通道排出，如图1所示：
图1金属铝粉发气原理图
产生的H2在逸出的同时形成大量开口排气孔，提高了浇注料透气性。从而为浇注料的干燥排水提供了通道。
金属铝粉在耐火浇注料中反应产生气体的量和速度与铝粉的活性、细度、纯度以及结合剂的硬化情况、环境温度等因素都有很大关系，因此浇注料中加人少量金属粉可以在浇注后产生大量气体通道，有利于烘烤过程中水蒸气的扩散。同时金属粉与水反应的过程还会产生大量的热量，能够有效促进浇注料的硬化。但同时氢气也有遇火燃烧、爆炸的危险。金属粉加入量过多时，因发气量太多，浇注体易发生鼓胀开裂，导致结构强度降低。这种现象在金属铝粉的使用过程中时有发生。
图2描述了金属铝粉发气量跟其细度和在浇注料中加入数量的关系，粉的粒度越细、加入数量越多，则与水反应发气越剧烈，产气量越多越集中，越易产生鼓胀开裂，影响体积密度，降低强度。所以必须严格控制金属粉的细度与加人量。
图2金属铝粉发气特性
尽管如此，在浇注料中加入金属铝粉的细度、加入量、外界环境(温度、碱度)的影响等诸多因素如何控制，却查不到更详细的资料。由此带来的严重后果是很多人在浇注料中加入金属铝粉的数量是从实验室条件下得出，当施工环境改变时，浇注料极易鼓胀、层裂甚至整个浇注体坍塌破坏。
2、有机防爆纤维
有机防爆纤维有天然和人工制造的两种，目前使用的绝大多数都是人工制造。其防爆机理是在浇注料的烘烤过程中，均匀混合于浇注料中的有机纤维受热发生收缩、熔融或碳化，形成微细的狭长气孔，从而让浇注料因受热而产生的水蒸气迅速扩散挥发出去。浇注料内的水蒸气及时扩散出去而不在浇注体内集聚形成较大压力，则浇注体不会发生爆裂。但防爆纤维品种众多，合理的选择品种、直径、长度与用量对浇注料的防爆效果至关重要。
当施工体加热烘烤，随温度升高，浇注料施工体内水分的蒸汽压也将增加，温度超过200℃以上时，蒸汽压急剧增加，当蒸汽压力超过材料的极限强度就会发生开裂甚至爆裂。一般添加0.01%～0.2%的有机防爆纤维，使得在加热产生蒸汽的温度以下产生收缩、熔融，形成孔洞，提高透气率。其特点是随纤维加入中等孔径气孔数量增加，透气性提高，但达到相同流动度的加水量增加，体积密度下降、强度降低。
有机纤维的熔融分解或碳化的温度因纤维的种类和分子量的不同而各不相同，但大都为100-400℃。因此选择有机纤维时，应选择具有适当熔点的品种，在蒸汽压急剧增加前，纤维就应达到其熔点，使水蒸汽在较低的温度下即能顺利排出，当然纤维的熔点过低也是不适宜的。
纤维的品种很多，有维尼纶、尼龙、聚乙树脂、聚脂、聚乙烯、聚丙烯等诸多纤维品种，必须选择合适的防爆纤维才能得到理想的防爆效果。防爆纤维需满足以下条件：
1)纤维的溶融温度不宜太高，最好不超过100℃;
2)纤维的直径和长度要适宜。
值得指出的是，加入有机纤维后，浇注料内没有化学反应产生(见图3)，施工过程容易控制，影响因素较小，没有危险性。但是使用有机纤维存在着在浇注料中不易分散、加入量多影响其强度等问题。
图3有机纤维防爆原理图
3、偶氮二甲酰胺
除金属铝粉、有机防爆纤维之外，在浇注料中添有机发气剂也是现在常用的手法。有机发气剂的发气机理是发气剂与水泥和水发生分解反应，生成某种钙盐，钙盐分解产生气。由于有机发气剂不像金属铝粉那样反应剧烈，因此浇注料不易出现鼓胀和细粉上浮的问题。而且有机发气剂不会因施工养护环境温度的差别而产生发气速度与发气量的很大变化，因此施工更易掌握。
有机发泡剂最常用的是偶氮二甲酰胺(C2H4N4O2)，其原理是本来不溶于水的偶氮酰胺在高铝水泥及水的共存下生成钙盐而溶解，之后钙盐随温度以及时间的变化而产生N2等气体，形成10μm左右的微细开口排气孔，见图4。
图4有机发泡剂发气原理
偶氮二甲酰胺提浇注料的高通气率，其原因是在养护及干燥初期产生N2、CO2、NH3等，反应如下：
偶氮二甲酰胺在不同温度下发气时间与强度产生的时间偏移小，又不剧烈发气，发气量比金属铝粉为少，逐渐发气不会有发气与养护强度不平衡时出现的膨胀、细粉上浮等问题。所以偶氮与铝粉最大的不同，是不会因施工季节不同造成的养护温度的差别而产生影响,可以经常保持良好的施工效果。
4、碱式乳剂防爆剂
碱式乳剂防爆剂是近几年才见报导的一种新型防爆剂，其组成为氢氧化物的离子聚合而成的多核络合物，能有效溶解于水溶液。有文献介绍其防爆机理为：浇注料在受热干燥时，碱式乳剂的脱水胶化在基质中形成网片状微裂纹通道，从而增大了浇注料的透气率。另据称碱式乳剂能抑制或延缓CAH10的生成，也可提高浇注料的防爆裂温度
比较常见的是碱式乳酸铝[Al(OH)3-x·CH3CHOH(COO)x·nH2O]，是以溶液状态加入到纯铝三钙水泥结合的浇注料中，在养护过程中使基质凝胶化而产生网状微小裂纹，改善抗爆裂性。但在干燥后容易形成永久性裂纹，影响抗侵蚀性和使用效果。
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