工藝因素對澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響

1、工藝因素對澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響工藝因素對澆注料中金屬鋁粉發(fā)氣性能的影響徐吉龍1，2蔣明學1章榮會2劉貫重2（1西安建筑科技大學材料學與工程學院，西安710055）（2北京聯合榮大工程材料有限責任公司，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方面，對在低水泥剛玉澆注料（去除骨料的基質料漿）中的發(fā)氣性能進行了試驗研究。試驗結果表明，金屬鋁粉的發(fā)氣起始時間只與環(huán)境溫度和澆注料基質漿料中水泥含量即堿性有

2、關；在加量相同時，金屬鋁粉的發(fā)氣量與其細度及環(huán)境溫度有關。試驗研究結果，對金屬鋁粉作為防爆劑及抗氧化劑在澆注料中的有效、安全應用，具有一定的指導意義。Abstract：關鍵詞關鍵詞金屬鋁粉，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，導致結構強度降低。這是因為金屬鋁粉在澆注料中反應產生氣體的量和速度與鋁粉的活性、細度、純度，以及結合劑的硬化情況、環(huán)

3、境溫度等工藝因素都有很大關系[1]。查閱國內外文獻發(fā)現，這些工藝因素對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、加入數量越多，則與水反應發(fā)氣越劇烈，產氣量越多越集中，越易產生鼓脹開裂，影響體積密度，降低強度，所以必須嚴格控制金屬粉的細度與加人量[25]”。此結論對指導金屬鋁粉的實際應用而言顯然是不夠的，也是很多文獻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方面，對其在澆注料中的發(fā)氣過程進行定量的試驗研究，對金屬鋁粉在澆注料中的安全、有效的應用，提供依據。1試驗1.1原料及基礎配比原料及基礎配比表1.11為試驗所用主要原料性能指標?；A材料方案是普通低水泥結合剛玉質澆注料，見表1.12。由于剛玉骨料對金屬鋁粉在澆注料中的反應不會產生任何

5、影響，所以為試驗方便，只采用剛玉質澆注料的基質部分。表1.11試驗用主要原料及化學成分試驗用主要原料及化學成分成分%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試驗數據記錄要求：自向基質粉料中加水時開始計時，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內發(fā)氣量小于2ml時

6、，可視為發(fā)氣終止。2結果與討論從記錄的試驗數據，可以整理出發(fā)氣總量Vt、起始發(fā)氣時間t0，并可根據發(fā)氣時間及發(fā)氣量計算出發(fā)氣的平均速度vt及峰值速度vm。下面就以上幾個參數做對比分析。2.1環(huán)境溫度對剛玉質料漿中金屬鋁粉發(fā)氣性能環(huán)境溫度對剛玉質料漿中金屬鋁粉發(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；如果內部金屬鋁要發(fā)生反應放出

7、氣體，表層的氧化鋁鈍化薄膜必先被反應掉方可進行。對此化學反應而言，溫度高反應速度快，氧化鈍化膜反應消失也就快，內部金屬鋁發(fā)氣反應起始時間就會相應提前。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合的剛玉質料漿中存在兩種反應，一種是酸堿反應，另一種是氧化反應。金屬鋁粉發(fā)生酸堿反應即會產生氫氣，反應方程式如下：2Al2OH—6H2O→2[Al(OH)4]—3H2↑；而發(fā)生氧化

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