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微晶胶泥及其应用

2020-07-20 16:11:25

微晶胶泥及其应用

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微晶胶泥及其应用

  • 微晶胶泥及其应用

一、引言

微晶胶泥是以硅酸钾为粘接剂,复合高分子磷酸盐为固化剂,硅铝酸盐及微晶粉为耐酸填料多组分组成的具有预应力很强的新型防腐粘接材料。其具有独特性能:(1)良好的物理力学性能、耐热性能及耐化学腐蚀性能。(2)使用了无毒固化剂,避免了对施工人员的伤害,也降低了环境污染,并可用于食品行业,扩大了应用领域。(3)商品化程度高,施工简便易行。(4)材料储存期长。(5)避免了钠水玻璃胶泥在硫酸、醋酸中易生成钠盐,导致体积变化,产生裂纹、脱壳等弊病。微晶胶泥的这些特性,也就决定了其在防腐蚀领域中的地位。                           

二、微晶胶泥技术指标及固化机理

1、微晶胶泥制成品技术指标(GB50212-2002)    表1

项目

指标

初凝时间

≤45min

终凝时间

≤15h

抗拉强度

≥2.5 MPa

抗压强度

≥25 MPa

粘接

强度

与耐酸砖

≥1.2 MPa

与水泥基面

≥1.0 MPa

与钢结构基面

≥1.5 MPa

设计抗渗等级

≥0.4MPa

热膨胀系数

10×10/℃

导热系数

1.0W/m.k

耐热极限温度

800℃

2、固化机理探讨

水玻璃溶液是碱金属盐与水解生成的氢氧化物胶溶并强烈水合的胶体二氧化硅两者的混合物。因此水玻璃溶液同时具有溶液和胶体的双重特性,水玻璃与固化剂发生的作用相当复杂,其硬化过程是一个物理化学过程。普遍认为水玻璃耐酸材料的硬化过程是硅酸凝胶从水玻璃中析出和聚合的过程。    

(1)钾水玻璃的水解反应。钾水玻璃溶液中硅酸钾与硅酸凝胶处于可逆平衡状态:硅酸钾水解后生成硅酸凝胶和氢氧化钾,而氢氧化钾对硅酸凝胶又有胶溶作用,可以重新生成硅酸钾,方程式可表示为:K2O·nSiO2+(2n+1H2O≒2KOH+nSi(OH)4

2)钾水玻璃与缩合磷酸铝反应。缩合磷酸铝在钾水玻璃的碱性溶液中,水解生成偏磷酸和氢氧化铝,方程式可表示为:

Alm(PO3)3m3mH2O≒mAl(OH)33mHPO

偏磷酸与硅酸钾水解产物氢氧化钾中和,破坏了硅酸钾溶液的平衡,使钾水玻璃的水解反应向生成硅酸凝胶的方向进行。

3)硅酸凝胶与耐酸粉料粘接在一起,并继续发生脱水缩合反应,生成网状SiO2高分子,致使材料固化,

nSi(OH)4→nSiO22nH2O

    • 微晶胶泥的特性

1、耐酸性能

        微晶胶泥是以硅酸钾为粘接剂,复合高分子磷酸盐为固化剂,硅铝酸盐及微晶粉为耐酸填料多组分组成的具有预应力很强的新型防腐粘接材料。它的固化机理正如上述是硅酸钾与缩合磷酸铝之间发生的化学反应,高达95%以上,固化后的胶泥中未参与反应的硅酸钾与固化剂非常少,从而导致固化后的胶泥在酸性介质中具有突出的化学稳定性。

         普通以硅酸钠与氟硅酸钠为主要组份配制的硅酸盐胶泥则不同,粘接剂与固化剂之间反应率比较低,最高只有80%左右。固化后的胶泥,不但残存部分未反应的Na2SiO3Na2SiF6,而且生成大量的NaF。这些物质遇到水等介质,会发生化学反应或溶解,从而导致胶泥性能破坏。普通钠水玻璃胶泥之所以不耐水,抗渗透性差和在某些酸性介质中不稳定,其原因即在于此,两类硅酸盐胶泥耐腐蚀性能见表2

         在硫酸、醋酸等酸性介质中,以硅酸钠配制的硅酸盐胶泥中残存的Na2SiO3Na2SiF6及生成的NaF会生成相应的盐类,如Na2SO4CH3COONa等,并进一步与水分子结合,生成含有结晶水的盐类,促使体积发生变化,从而导致胶泥结构的破坏。

         但是微晶胶泥,一则残余K2SiO3量少,二则与硫酸、醋酸接触时虽然也产生相应的盐类,如K2SO4CH3COOK等,但这些盐类与水不会形成含结晶水的盐类,因而性能是稳定的。

2  两种硅酸盐胶泥在酸、盐等介质中的耐腐蚀试验结果

介质

浓度%

温度℃

耐蚀性能

微晶胶泥

钠水玻璃胶泥

硫酸

98

20-100

完全耐蚀

完全耐蚀

50

20-100

完全耐蚀

完全耐蚀

10

20-100

完全耐蚀

耐蚀

硝酸

97

20-100

完全耐蚀

完全耐蚀

63

20-100

完全耐蚀

完全耐蚀

30

20-100

完全耐蚀

耐蚀

盐酸

36

20-100

完全耐蚀

完全耐蚀

20

20-100

完全耐蚀

耐蚀

5

20-100

耐蚀

不耐蚀

工业水

 

100

耐水

不耐水

水蒸气

 

110

不耐

硫酸钠溶液

10

100

不耐

醋酸钾溶液

10%

100

不耐

氢氟酸

任何

任何

不耐

不耐

碱性盐类

任何

任何

不耐

不耐

引自《化工设计标准CD130A12-85》

2、机械性能

微晶胶泥在固化过程中化学反应率较高,所以具有良好的物理机械性能,见表3

3      微晶胶泥和钠水玻璃胶泥性能比较

项目

微晶胶泥

钠水玻璃胶泥

抗压强度(MPa)

≥30

≥25

抗拉强度(MPa)

≥3.0

≥2.0

粘接强度

与水泥基面(MPa)

≥3.0

≥1.0

与钢结构基面(MPa)

≥2.5

≥1.0

吸水率%

< 10

<18

3、耐热性能

微晶胶泥由于引入了耐热组份硅铝酸盐,因而具有优良的耐高温性能,在电加热窑炉中,温度高达1000℃,使用3年,效果良好。微晶胶泥的耐热性能测试数据列于表3。

3        微晶胶泥的耐热性能测试数据

试验条件

测试项目

单位

微晶胶泥

钠水玻璃胶泥

20-300℃

10次

外观变化

 

无明显变化

无明显变化

试验前抗压强度

MPa

20.0

12.0

试验后抗压强度

MPa

49.0

19.4

试验前抗拉强度

MPa

4

3.2

试验后抗拉强度

MPa

4.1

1.5

导热系数

W/(m·K

1.70(试验前)

1.41(试验前)

1.46(试验后)

1.21(试验后)

4、可低温施工

目前使用的硅酸盐类胶泥在耐酸耐热的环境中使用有很多优点,只是现场施工温度必须大于15℃,如果温度低于15℃,则这类胶泥固化相当缓慢,不但影响施工质量,而且大大降低了施工进度,造成人力、能源的极大浪费。在此前提下,由邢台晶牛微晶工程有限责任公司研发的低温固化微晶胶泥可在-5℃施工。其测试性能见表4

4       微晶胶泥在-5℃的环境下测试结果

项目

标准指标

检验值

初凝时间(min

≤45

40

终凝时间(h)

≤15

13

抗压强度(MPa)

≥25

38

抗拉强度(MPa)

≥3.0

7.5

粘接强度(MPa)

≥1.0

2.8

抗渗等级(MPa)

≥0.4

1.1

收缩率

≤0.16

0.10

可见,微晶胶泥可以在-5℃的环境下正常固化,解决了低温下耐酸耐热胶泥施工的问题,可节约大量的能源及保温费用。低温固化微晶胶泥的各项物理机械性能指标均达到或超过目前使用的钾水玻璃(KPI)胶泥,尤其是低收缩性能远远高于同类其它产品。

 四、微晶胶泥的配制与施工

1、胶泥配制时按下列程序进行。

1)、以比重计检查钾水玻璃的密度是否符合许用范围,并检验模数是否合格。

2)、配制胶泥用的容器与工具必须清洁干燥。

3)、按粉料与液料2-2.5:1的比例充分搅拌均匀。

4)每次配制的胶泥必须在30分钟内用完,施工中间不得补加任何原料。

5)微晶胶泥的施工稠度使用锥体稠度计测定,以30-35㎜为宜。

2、微晶胶泥的施工与养护、酸化等应符合下列要求和程序。

1)、金属壳体的设备所需要的机械加工、焊接、热处理、压力试验等必须已经全部进行完毕,表面不得残存焊渣、焊瘤;然后还应进行打磨、酸洗或喷砂除锈,如需做隔离层时,除锈后应立即进行。

混凝土基体的施工表面必须平整、无起砂、蜂窝、麻面等缺陷,表层20㎜深度的含水量不得超过6%。

2)、衬砌用的板材外观与尺寸应符合规定,并应清洁干燥。

3)、衬砌施工时,应按施工部位进行选砖(板)与预排。

4)、衬砌时胶泥应饱满,并用挤缝的方法。胶泥缝与结合层厚度应符合设计图纸规定。

5)衬砌后的设备宜在-5℃以上的环境中养护14d以上,养生期间严禁与水接触。

6)、养生后的衬里以40%硫酸对胶泥缝反复处理4次。

7)、微晶胶泥施工后具有预应力性质。如需要消除预应力时,可利用某些介质对衬里层进行泡胀处理,但预应力处理前必须经过应力计算与分析,选定合适的处理条件后方可进行。

五、微晶胶泥的应用

微晶胶泥可用于各种浓度的酸、酸性盐类,各种有机溶剂和有机化工产品,以及上述各种介质的混合物中;可用于石油、化工、煤炭、冶金、电力、制药等行业的反应釜、贮罐、塔、池、槽车、地坪、地沟、溜槽、卸煤沟等耐磨防腐工程中。见表5。

  表5  微晶胶泥粘贴微晶板材应用实例

行业

设计院

工程单位

使用部位

面积㎡

钢铁

山东省冶金设计院

印度电钢(EIL)高炉矿槽

物料贮备及输送系统

19771

邯钢设计院

河北钢铁集团有限公司邯郸分公司

20个煤仓

22020

电力

山东电力工程咨询院

山东潍坊发电厂二期

原煤斗、灰库

15000

西北电力设计院

华电国际邹县发电厂四期

卸煤沟

4171

煤炭

山西煤炭设计院

山西介休洗煤厂

7个配煤室筒仓

5500

赛鼎工程有限公司

山东邹平铁雄焦化

煤塔、配煤仓

4500

化工

化六院

陕西榆林凯越煤化有限责任公司

4个煤仓

5000

    六、结语

   微晶胶泥具有优良的耐酸耐热性能、较高的机械强度和粘接

强度;采用无毒固化剂,对操作与施工人员无毒害;价格低廉,使用方便,使用寿命长;易于运输,储存期长。随着微晶胶泥性能的不断完善和提高,其应用领域必将日益拓宽。

参考文献

1  实用防腐蚀工程施工手册 ,涂湘缃主编 .-北京:化学工业出版社,1999

2  新型化学建材设计与制备工艺,乔英杰,武湛军,关新春主编,-北京:化学工业出版社,2003.6

3  GB50212-2002建筑防腐蚀工程施工与验收规范

4  耐酸耐热胶泥及其应用.郭长荣.硫酸工业,1991;5:29-31

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