透气性是浇注料处理过程中的一个重要参数，可用来表征干燥过程中水分排出的能力，起到决定浇注料使用寿命的关键作用。透气性差时，随温度升高，水蒸气压引起的内部气压升高会导致耐火材料爆裂剥落。减轻材料爆裂剥落的有效方法之一为加入干燥剂，如聚丙烯纤维。温度升高时，纤维熔化，形成通道有助于水分排出。法国的研究人员研究了实际测量添加聚丙烯纤维对耐火材料透气性透气度的影响，并进行模拟比对，以期对透气性的增加进行量化。
    试验选用三种市售浇注料：两种低水泥浇注料（浇注料A和C）和一种超低水泥浇注料（浇注料B），浇注料的主要特征见表1。其中，浇注料C中变化聚合纤维加入量分别为0、0.05%、0.1%和0.2%（均为质量分数）。
表1 浇注料的特征

	基本组成	w(Al2O3)/%	w(水泥)/%	w(水)/%
浇注料A	板状氧化铝、活性氧化铝（细颗粒）	98	5	5.25
浇注料B	矾土、硅微粉（细颗粒），聚合纤维	85	2	4
浇注料C	红柱石、耐火黏土、Kerphalite、 其他原料、硅微粉（细颗粒），聚合纤维	60	6	6.1

    浇注料加水后充分搅拌均匀（约5 min），浇注成标准砖试样（230 mm×114 mm×63 mm），以备用来切割成φ50 mm×50 mm的圆柱试样进行透气性测试。浇注成型后，将标砖装入塑料袋中在15 ℃养护24 h。将干燥后的标砖试样分别在80、120、160、200和400 ℃热处理至质量不再变化为止。聚丙烯纤维有两种类型：单个纤维和预切的纤维簇（多根纤维并排一起）。
    透气性试验所用设备是一个密闭装置，输入1 MPa的压力。采用富有弹性的硅树脂膜对试样进行密封，以确保可以承受1.5 MPa的相反压力。采用覆盖0~2 MPa范围的标准尺测量输入的上行压力。在输出端，测量下游压力和体积气流量。采用三个不同的流量计测定气流量，其测量范围为0~200 ml·min-1。
    试验表明，透气性测试中，Klinkenberg效应比较重要，不能忽略；试验所得的Klinkenberg系数B值与Jone公式所给的数值属于同一量级。
    随热处理温度的升高，未加聚合纤维浇注料的透气度以对数形式平稳增大，这是由于温度升高促进水泥中物相中水化物分解等物理化学转变引起收缩；加入聚合物纤维可以使浇注料的透气度又增加，但是当聚合物纤维加入量为0.05%时除外；当聚合物纤维加入量为0.1%和0.2%时，浇注料的透气度均在120~180 ℃范围内迅速增大，这和纤维的熔化有关。为了分别分析两种效果（物理化学转变和纤维熔化），将添加纤维浇注料的透气度与未添加试样的透气度对比，考察其比值（Keq/K0）随热处理温度的变化。结果显示，在80~120 ℃范围内，纤维对浇注料的透气度影响不大；在120~220 ℃范围内，纤维熔化的作用清晰可见：添加0.1%纤维的试样，Keq/K0比值从1增大到2；添加0.2%纤维的试样，Keq/K0比值在纤维完全熔化时超过了4；温度高于220 ℃时，Keq/K0比值几乎保持恒定。将各温度下处理后浇注料的透气度与80 ℃处理后浇注料的透气度做对比（二者比值），考察该比值随热处理温度的变化：未添加纤维浇注料的透气度比值随热处理温度升高大幅增大，约达到起初的25倍，可知热处理温度对浇注料透气度的影响作用远大于纤维熔化。
    模拟结果表明，Bruggeman模型的模拟结果与试验结果一致，因此，可采用该模型来优化纤维的加入量和几何尺寸。
    总之，致密耐火浇注料透气度较低，测量时必须考虑Klinkenberg效应；添加纤维仅在120~220 ℃范围内对浇注料的透气度有影响，热处理温度的影响效果更明显；可以利用Bruggeman模型预知纤维对浇注料透气度的影响。

（编译自《Ceramics International》2011，№2）