近年來，耐火澆注料及其預(yù)制件的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使用量不斷增加。然而，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些高鋁水泥耐火澆注料在養(yǎng)護(hù)或制成預(yù)制件貯存過程中有粉化、崩毀、剝落現(xiàn)象。這一現(xiàn)象帶來的危害性，已引起人們的重視，并開始對(duì)這種粉化現(xiàn)象進(jìn)行了研究。一般認(rèn)為，造成這種耐火澆注料損壞的原因是澆注料在大氣中碳酸化、硫酸化過程引起水化物分解，強(qiáng)度下降。同時(shí)，澆注料中水分向表面的遷移，蒸發(fā)、使可溶性鹽類不斷在表面折出，其中一部分含結(jié)晶水的鹽類因風(fēng)化失去結(jié)晶水而發(fā)生體積變化，加劇了損壞過程。
本文對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)損壞的耐火澆注料表面析出物進(jìn)行了分析，并在實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了高鋁水泥耐火澆注料損壞過程。
高鋁水泥澆注料粉化現(xiàn)象
高鋁水泥耐火澆注料或預(yù)制件在養(yǎng)護(hù)過程中，經(jīng)常有不同程度的粉化、剝落現(xiàn)象。表1列出了實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象的幾種澆注料物理性能指標(biāo)。對(duì)高鋁質(zhì)澆注料養(yǎng)護(hù)過程中的表面白色析出物進(jìn)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(shí)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(jié)構(gòu)。電子探針能譜分析觀察表面，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(duì)照X射線衍射圖譜，確定它為Na2SO4物相;而螺旋狀結(jié)構(gòu)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(zhì)澆注料表層粉化、剝落的粉末浸泡與水后，檢測(cè)經(jīng)過濾、結(jié)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(fù)雜，有可溶性碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，發(fā)現(xiàn)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(yīng)產(chǎn)物還可能有CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)、CaCO3(s)、Na2O·Al2O3、Na2O·11Al2O3，但可以認(rèn)為本實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)澆注料表面析出物主要是NaCO3、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(guān)�？諝庵械乃嵝詺怏wCO2、SO2、H2S由澆注料表面向內(nèi)部擴(kuò)散，與高鋁水泥水化物發(fā)生侵蝕反應(yīng)，其產(chǎn)物相CaCO3、CaSO4·2H2O(s)、Al(OH)3(s)等產(chǎn)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(jié)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(jié)晶水，將進(jìn)一步風(fēng)化、失水，同時(shí)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(jié)晶水的可溶性鹽類。澆注料表面析出物經(jīng)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(cè)Na2SO4·10H2O不斷從水溶液中結(jié)晶析出，在60℃左右失去一部分結(jié)晶水，在100℃左右又進(jìn)一步失水風(fēng)化形成Na2SO4。Na2SO4·10H2O在失水風(fēng)化過程中，伴隨著晶型的轉(zhuǎn)變和體積的收縮，體積收縮率可達(dá)45.4%。
空氣中的酸性氣體CO2、SO2、H2S是高鋁澆注料發(fā)生碳酸化現(xiàn)象的原因之一，而現(xiàn)場(chǎng)澆注料用水質(zhì)量也不容忽視，尤其是水中的SO42-和H+，對(duì)高鋁水泥水化物也起一定的侵蝕作用。
2 驗(yàn)證
從實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)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(zhì)量有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)室選擇了一種輕質(zhì)澆注料，引入高鋁水泥作為結(jié)合劑，用磷酸鹽為分散劑，考慮水源質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件以及在澆注料中添加外加劑(Na2SO4和Na2CO3)，驗(yàn)證上述因素的影響。
2.1 水源質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)條件的影響
輕質(zhì)澆注料經(jīng)振動(dòng)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(yǎng)護(hù)和密封養(yǎng)護(hù)兩種方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：自然養(yǎng)護(hù)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(duì)于密封條件下養(yǎng)護(hù)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他空氣中養(yǎng)護(hù)相似，其表面也有白色析出物產(chǎn)生，析出物成分與大體積預(yù)制件表面出現(xiàn)的析出物基本一樣，為硫酸鹽和碳酸鹽。這說明養(yǎng)護(hù)方法和水源質(zhì)量對(duì)澆注料的影響不容忽視。
2.2 外加劑影響
在輕質(zhì)澆注料中分別引入固體Na2CO3和Na2SO4后，澆注料的加水量明顯窯高于未添加這兩種外加劑的試樣，而且隨著兩種外加劑有促凝作用有跪安。在可澆注料條件下，引入Na2CO3試樣的加水量高于加Na2SO4的試樣。在自然養(yǎng)護(hù)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(hù)12h脫模，24h后強(qiáng)度均達(dá)到最高值，4d后強(qiáng)度又降至最低，這可能與水泥主要水化產(chǎn)物CAH10、C2AH8、C3AH6之間的轉(zhuǎn)變有關(guān)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣強(qiáng)度又降低的趨勢(shì)，加Na2SO4的次之，而未引入添加劑的是試樣因其在空氣中養(yǎng)護(hù)和水源的以緣故。也發(fā)生粉化、強(qiáng)度下降。未引入外加劑試樣(A)與引入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)Na2SO4(B)和1% Na2CO3(C)的試樣脫模后自然養(yǎng)護(hù)5d后的結(jié)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(xiàn)，但還沒有粉化、剝落跡象。這證實(shí)了上述兩種外加劑在澆注料損壞過程中的影響。
3 結(jié)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(zhì)量有關(guān)。
(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(hù)條件和所用水源質(zhì)量等因素入手。
