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，經常發(fā)現(xiàn)一些高鋁水泥耐火澆注料在養(yǎng)護或制成預制件貯存過程中有粉化、崩毀、剝落現(xiàn)象。一般認為，造成這種耐火澆注料損毀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，澆注料中水分向便面的遷移，蒸發(fā)，使可溶性鹽類不斷在表面析出，其中一部分結晶水的鹽類因風化失去結晶水而發(fā)生體積變化，加劇了損壞過程。
高鋁水泥澆注料粉化現(xiàn)象
高鋁水泥耐火澆注料或預制件在養(yǎng)護過程中，經常有不同程度的粉化、剝落現(xiàn)象。表1列出了實際現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象的幾種澆注料物理性能指標。對高鋁質澆注料養(yǎng)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，剛玉相和莫來石相是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(fā)現(xiàn)大部分為無規(guī)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(guī)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粉化、剝落的粉末浸泡于水后，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。
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，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(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)，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。從中可以推測Na2SO4·10H2O不斷從水溶液中結晶析出，在60℃左右失去一部分結晶水，在100℃左右又進一步失水化形成Na2SO4。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、SO2、H2S是高鋁澆注料發(fā)生碳酸化和硫酸化現(xiàn)象的原因之一，而現(xiàn)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。
驗證
從實際現(xiàn)場高鋁澆注料粉化現(xiàn)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相關。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，考慮水源質量、養(yǎng)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(yǎng)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、自來水，澆注成型24h后脫模，采用自然養(yǎng)護和密封養(yǎng)護兩種方法。結果發(fā)現(xiàn)：自然養(yǎng)護3~5d后，無論是用蒸餾水還是自來水，其試樣的成型表面均出現(xiàn)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(yǎng)護的試樣，用蒸餾水的試樣未發(fā)現(xiàn)有這種現(xiàn)象，而用自來水的試樣與其在空氣中養(yǎng)護相似，其表面也有白色析出物基本一樣，為硫酸鹽和碳酸鹽。這說明養(yǎng)護方法和水源質量對澆注料的影響不容忽視。
外積極影響
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要高于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，這與兩種外加劑有促凝作用有關。在可澆注條件下，引入Na2CO3試樣的加水量高于加Na2SO4的試樣。在自然養(yǎng)護過程中，所有試樣表面均出現(xiàn)白色析出物，然后有粉化、剝落現(xiàn)象。三種澆注料養(yǎng)護12h脫模，24h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(yǎng)護和水源的緣故，也發(fā)生粉化、強度下降。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(xiàn)，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。
3 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硫酸化、碳酸化過程以及水源質量有關。
（2）防止高鋁水泥澆注料損壞發(fā)生的措施可以從考慮養(yǎng)護條件和所用水源質量等因素入手。
