工藝因素對(duì)澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響

1、工藝因素對(duì)澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響工藝因素對(duì)澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響徐吉龍1，2蔣明學(xué)1章榮會(huì)2劉貫重2（1西安建筑科技大學(xué)材料學(xué)與工程學(xué)院，西安710055）（2北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司，北京101400）摘要本文從金屬鋁粉的粒度、加量、環(huán)境溫度及水泥加量四個(gè)方面，對(duì)在低水泥剛玉澆注料（去除骨料的基質(zhì)料漿）中的發(fā)氣性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，金屬鋁粉的發(fā)氣起始時(shí)間只與環(huán)境溫度和澆注料基質(zhì)漿料中水泥含量即堿性有

2、關(guān)；在加量相同時(shí)，金屬鋁粉的發(fā)氣量與其細(xì)度及環(huán)境溫度有關(guān)。試驗(yàn)研究結(jié)果，對(duì)金屬鋁粉作為防爆劑及抗氧化劑在澆注料中的有效、安全應(yīng)用，具有一定的指導(dǎo)意義。Abstract：關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞金屬鋁粉，防爆劑，發(fā)氣，防爆澆注料Keywds:金屬鋁粉作為防爆劑及抗氧化劑等在國內(nèi)外被廣泛采用，然而一旦控制不好，極易造成澆注體發(fā)生鼓脹開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。這是因?yàn)榻饘黉X粉在澆注料中反應(yīng)產(chǎn)生氣體的量和速度與鋁粉的活性、細(xì)度、純度，以及結(jié)合劑的硬化情況、環(huán)

3、境溫度等工藝因素都有很大關(guān)系[1]。查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，這些工藝因素對(duì)澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響方面的研究很少，且大多數(shù)也僅從澆注料添加金屬鋁粉后的表象概述出：“金屬鋁粉粒度越細(xì)、加入數(shù)量越多，則與水反應(yīng)發(fā)氣越劇烈，產(chǎn)氣量越多越集中，越易產(chǎn)生鼓脹開裂，影響體積密度，降低強(qiáng)度，所以必須嚴(yán)格控制金屬粉的細(xì)度與加人量[25]”。此結(jié)論對(duì)指導(dǎo)金屬鋁粉的實(shí)際應(yīng)用而言顯然是不夠的，也是很多文獻(xiàn)提出慎用金屬鋁粉的原因。要有效避免金屬鋁粉作為防爆劑

4、給低水泥澆注料帶來的不利影響，就必須了解金屬鋁粉在澆注料中的反應(yīng)行為，研究在不同條件下金屬鋁粉的發(fā)氣過程。本文從金屬鋁粉的粒度、加量，環(huán)境溫度及水泥加量四個(gè)方面，對(duì)其在澆注料中的發(fā)氣過程進(jìn)行定量的試驗(yàn)研究，對(duì)金屬鋁粉在澆注料中的安全、有效的應(yīng)用，提供依據(jù)。1試驗(yàn)1.1原料及基礎(chǔ)配比原料及基礎(chǔ)配比表1.11為試驗(yàn)所用主要原料性能指標(biāo)?；A(chǔ)材料方案是普通低水泥結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料，見表1.12。由于剛玉骨料對(duì)金屬鋁粉在澆注料中的反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生任何

5、影響，所以為試驗(yàn)方便，只采用剛玉質(zhì)澆注料的基質(zhì)部分。表1.11試驗(yàn)用主要原料及化學(xué)成分試驗(yàn)用主要原料及化學(xué)成分成分%原料名稱Al2O3SiO2Fe2O3CaONa2OMgO棕剛玉95.880.920.150.340.18白剛玉99.10.050.070.29純鋁酸鈣水泥69.350.20.1929.25試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求：自向基質(zhì)粉料中加水時(shí)開始計(jì)時(shí)，每隔5min記錄一次量筒中水被排除的體積，直至發(fā)氣終止。在20min內(nèi)發(fā)氣量小于2ml時(shí)

6、，可視為發(fā)氣終止。2結(jié)果與討論從記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以整理出發(fā)氣總量Vt、起始發(fā)氣時(shí)間t0，并可根據(jù)發(fā)氣時(shí)間及發(fā)氣量計(jì)算出發(fā)氣的平均速度vt及峰值速度vm。下面就以上幾個(gè)參數(shù)做對(duì)比分析。2.1環(huán)境溫度對(duì)剛玉質(zhì)料漿中金屬鋁粉發(fā)氣性能環(huán)境溫度對(duì)剛玉質(zhì)料漿中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響的影響從圖2.11～2.13中可以看出：t0并不等于0，隨溫度的升高而減小，說明金屬鋁粉易氧化的特性使金屬鋁粉表面形成一層氧化鋁薄膜而鈍化；如果內(nèi)部金屬鋁要發(fā)生反應(yīng)放出

7、氣體，表層的氧化鋁鈍化薄膜必先被反應(yīng)掉方可進(jìn)行。對(duì)此化學(xué)反應(yīng)而言，溫度高反應(yīng)速度快，氧化鈍化膜反應(yīng)消失也就快，內(nèi)部金屬鋁發(fā)氣反應(yīng)起始時(shí)間就會(huì)相應(yīng)提前。隨料漿環(huán)境溫度的升高，tsm和tme減小，vt和vm增大；但發(fā)氣總量Vt卻有規(guī)律的減少。說明金屬鋁粉在低水泥結(jié)合的剛玉質(zhì)料漿中存在兩種反應(yīng)，一種是酸堿反應(yīng)，另一種是氧化反應(yīng)。金屬鋁粉發(fā)生酸堿反應(yīng)即會(huì)產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)方程式如下：2Al2OH—6H2O→2[Al(OH)4]—3H2↑；而發(fā)生氧化

8、反應(yīng)首先生成的是Al2O3，反應(yīng)方程式如下：2Al3O2→Al2O3ΔrHθ=3339kJmol），由于該反應(yīng)是放熱極易自發(fā)進(jìn)行，因此不會(huì)產(chǎn)生氫氣。由于氧化反應(yīng)受溫度的影響較大，因此隨溫度的升高，金屬鋁粉氧化反應(yīng)速度相對(duì)酸堿增加略快，致使總發(fā)氣量有所減小。015030045060075090010501200020406080100120140160180200220240260280300320340360380400420440發(fā)氣