致密耐火浇注料爆裂机理

耐火浇注料在初次烘烤使用过程中容易发生爆裂，原因主要有两种：一种是在受热过程中，蒸气在有限的空间内产生蒸气压，使得周围的结构承受应力，这种应力随着温度的升高而增大，当耐火材料结构承受的应力超过局部强度，就会发生爆裂;另一种是由于耐火浇注料不同部位存在温差而在垂直与受热面方向产生拉应力，拉应力随着温差的增大而增大，当耐火材料结构承受的拉应力超过局部抗拉强度，也会发生爆裂。耐火浇注料爆裂机理按爆裂作用力不同可分为蒸气压致爆裂机理和热应力致爆裂机理。

1、蒸气压致爆裂机理 

Harmarthy和Smith分别于1965年和1978年提出了饱和塞概念，用于分析孔隙压力诱发的混凝土爆裂。随着温度升高，材料内部水分蒸发，蒸气形成蒸气压并在材料内产生压力梯度，压力梯度是物质传输的动力，蒸气一部分通过材料中的气孔和界面通道从加热面排出;另一部分向混凝土内部移动。由于气孔还存在液态的水，当热力学条件满足时，就会形成一道高水含量的墙，阻碍了蒸气继续向内部传输，在此就会形成较高的蒸气压，如果材料承受的拉力超过局部强度，就会发生爆裂。 

黄育飞设计了可以测量出浇注料内部蒸气压的装置，测试得到了高铝浇注料和含沥青刚玉浇注料在快速烘烤过程中的试样内部不同位置蒸气压力与温度及其变化趋势。高铝浇注料内部的最大蒸气压力大于2.5Mpa，含沥青刚玉浇注料内部最大蒸气压力大于4MPa;出现最大蒸气压力值时对应的测试点内部温度在150℃~220℃间，炉温在400℃左右;蒸气压力曲线呈单陡峰形，在蒸气压力到达最大值前约10min，测试点出现明显吸热现象。赵瑾在黄育飞工作的基础上加以深入研究获得了较大的试验进展。在试验条件下，三种结合体系浇注料受热时抵抗爆裂的能力依次为：超低水泥结合>M-S-H结合>水合氧化铝结合;提出了蒸气压诱导气孔破裂致浇注料爆裂机理，蒸气压作用于浇注料内部气孔孔壁上导致气孔破裂，产生裂纹，裂纹在蒸气压作用下失稳扩展，引起突发性的爆裂;蒸气压诱导气孔破裂致爆裂机理可以定量地分析浇注料在烘烤过程中的爆裂现象，也说明浇注料在烘烤过程中发生爆裂存在随机性。 

2、热应力致爆裂机理 

Bazant提出了混凝土爆裂热应力学说，由于材料加热面和内部的温度不同，温度梯度造成热膨胀各向异性，受限热膨胀导致平行于加热面压应力的产生，同时在距离受热面较远的位置又产生垂直于受热面方向地应力，升温速度越快，温度梯度更加明显，产生的应力越大，应力超过材料的局部强度时，就会引起爆裂。 

朱珠由ANSYS软件计算分析得到的正方体100mm试样和正方体150mm试样最大蒸汽压力出现时所对应的第一主应力值和高温抗拉强度值，分析认为热应力对浇注料在烘烤过程中发生爆裂具有一定的辅助作用。刘岩尝试将应变片电测法引入试验中，用来测试试样在烘烤过程中产生的应力，分析认为利用应变片研究烘烤过程中的内部应力方法还不完全成熟，不能作为定量的分析手段。但是可以定性的研究加热过程中内应力的变化规律，分析加热过程可能出现危险点的位置，对耐火浇注料发生爆裂的机理研究以及指导实际浇注料施工中避免爆裂具有重要的指导意义。