近年來，耐火澆注料及其預制件的應用范圍不斷擴大，使用量不斷增加。然而你經常發現一些高鋁水泥耐火澆注料在養護或制成預制件貯存過程中有粉化、崩毀、剝落現象。這一現象帶來的危害性，已引起人們的重視，并開始對這種粉化現象進行了研究。一般認為，造成這種耐火澆注料損壞的原因是澆注料在大氣中的碳酸化、硫酸化過程引起水化物分解，強度下降。同時，澆注料中水分向表面的遷移，蒸發、使可溶性鹽類不斷在表面析出，其中一部分含結晶水的鹽類因風化失去結晶水而發生體積變化，加劇了損壞過程。
高鋁水泥澆注料粉化現象
高鋁水泥耐火澆注料或預制件在養護過程中，經常有不同程度的粉化、剝落現象。表1列出了實際現場發現此類現象的幾種澆注料物理性能指標。對高鋁質澆注料養護過程中的表面白色析出物進行X射線衍射分析得知，其主要物相是Na2SO4，除此之外，還有少量的剛玉相和莫來石相，剛玉相和莫來石相使這種高鋁澆注料的主要物相，是取樣時帶入的。在電子顯微鏡下觀察了這種粉末的形貌，發現大部分為無規則形狀，少量呈帶狀螺旋結構。電子探針能譜分析結果表明，無規則形狀粉末的主要成分為Na、S和O元素，還有Al、Si、P、K、Ca和Fe等元素，對照X射線衍射圖譜，確定它為Na2So4物相：而螺旋狀結構中，除存在有上述元素外，還有大量的C、Cl元素，且S元素含量偏低，可能有氯化物、碳酸鹽存在。同樣，將輕質澆注料淺表層分化、剝落的粉末浸泡與水后，檢測經過濾、結晶析出粉末的物相組成，主要物相為含水Na2SO4、無水Na2SO4及少量的Na2CO3。
表1 幾種耐火澆注料的理化性能指標
高鋁水泥澆注料表面的白色析出物，種類比較復雜，有可溶性碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，后來發現可溶性析出物為Na2CO3·nH2O(n=1、7、10)。盡管碳酸化和硫酸化過程反應物還可能有CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)、CaCO3(s)、Na2O·Al2O3、Na2O·11Al2O3，但可以認為本實際現場澆注料表面析出物主要是Na2CO3、Na2SO4、氯化物等可溶性鹽類，這主要與澆注料的碳酸化、硫酸化過程相關。空氣中的酸性氣體CO2、SO2、H2S由澆注料表面向內部擴散，與高鋁水泥水化物發生侵蝕反應，其產物相CaCO3、CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)等產物容易在原地發生沉淀，不隨著水分子遷移至表面聚集。而澆注料水中的離子如Na+、K+、SO42-、CO32-和Cl-等，隨著水分子在表面蒸發，其結合形成的可溶性化合物超過水中的溶解度而析出，若含一定的結晶水，將進一步風化、失水、同時伴隨著體積變化，將加劇損壞過程。例如Na2CO3·nH2O和Na2SO4·nH2O就是這種含結晶水的可溶性鹽類。澆注料表面析出物經溶解、過濾后的熱分析圖譜表明，其主要物相為Na2SO4·10H2O在失水風化過程中，伴隨著晶型的轉變和體積的收縮，體積收縮率可達45.4%。
空氣中的酸性氣體CO2、CO2、H2S是高鋁澆注料發生碳酸化和硫酸化現象的原因之一，而現場澆注料用水質量也不容忽視，尤其是水中的SO42-和H+，對高鋁水泥水化物也起一定的侵蝕作用。表2為幾種水源質量對比。與武漢地區水源相比，鞏義大峪溝生產現場所用的水，其[SO42-]和[Cl-]指標高，其中[SO42-]超出了國家底面生活飲用水標準，而蒸餾水中[SO42-]超出了國家地面生活飲用水標準，而蒸餾水中[SO42-]和[Cl-]最低。這與生產現場附近有一個硫酸廠不無關系。
表2 水中硫酸根、氯離子含量檢測結果
驗證
從實際現場高鋁澆注料粉化現象看，高鋁澆注料暴露在空氣中損壞與其硫酸化、碳酸化過程以及水源質量有關。在實驗室選擇了一種輕質澆注料，引入高鋁水泥作為結合劑，用磷酸鹽為分散劑，其性能指標見表1。考慮水源質量、養護條件以及在澆注料中添加外加劑(Na2SO4和Na2CO3)，驗證上述因素的影響。
水源質量與養護條件的影響
輕質澆注料經振動成型，制成40mm×40mm×160mm的試樣。所用的水源有蒸餾水、大峪溝自來水，澆注成型24h后脫模，采用自然養護和密封養護兩種方法。結果發現：自然養護3~5h后，無論是用蒸餾水還是自來水，其試樣的成型表面均出現白色析出物，表面開始脫皮、剝落。用自來水的試樣表面析出物明顯多于用蒸餾水的試樣。而對于密封條件下養護的試樣，用蒸餾水的試樣未發現有這種現象，而用自來水的試樣與其在空氣中養護相似，其表面也由白色析出物產生，析出物成分與大體積預制件表面出現的析出物基本一致，為硫酸鹽和碳酸鹽。這說明養護方法和水源質量對澆注料的影響不容忽視。
外加劑影響
在輕質澆注料中分別引入固體Na2CO3和Na2SO4后，澆注料的加水量明顯高未添加這兩種外加劑的試樣，而且隨著兩種外加劑加入量的增加，加水量有增長的趨勢，這與兩種外加劑加入量的增加，加水量有增長的趨勢，這與兩種外加劑有促凝作用有關。在可澆注條件下，引入Na2CO3試驗的加水量高于加Na2SO4的試樣。在自然養護過程中，所有試樣表面均出現白色析出物，然后有粉化、剝落現象。三種澆注料養護12h脫模，后強度均達到最高值，4d后強度又降至最低，這可能與水泥主要水化產物CAH10、C2AH8、C3AH6之間的轉變有關。隨著時間的延長，試樣強度有降低的趨勢，外加Na2CO3的試樣強度最低，加Na2SO4的次之，
而未引入添加劑的試樣因其在空氣中養護和水源的緣故，也發生粉化，強度下降。未引入外加劑試樣與引入1%Na2SO4和1%Na2CO3(C)的試樣脫模后自然養護5d的結果，引入Na2CO3的試樣完全粉化，Na2SO4的試樣開始剝落，而未引入外加劑的試樣表面有析出物出現，但還沒有粉化、剝落跡象。這證實了上述兩種外加劑在澆注料損壞過程中的影響。
結論
(1)高鋁水泥澆注料損壞后的表面析出物與其暴露在大氣中遭受CO2、SO2、H2S等酸性氣體侵蝕而引起流化酸、碳酸過程以及水源質量有關。
(2)防止高鋁水泥澆注料損壞發生的措施可以從考慮養護條件和所用水源質量等因素入手。
