对实际生产中常见的耐火浇注料粉化现象进行了分析，认为高铝浇注料的自损坏机理为高铝水泥水化产物被大气中的酸性气体(CO2、SO2、H2S)侵蚀 ,导致水化物分解 ,结合强度下降，引起高铝耐火浇注料粉化、剥落。另外，随着浇注料中水分的蒸发，盐类物质不断向蒸发面迁移、析出，其中一部分含结晶水的盐类，进一步失去结晶水，伴随着体积变化，加剧了浇注料的损坏过程。
1浇注料损坏现象及机理
1.1浇注料的碳酸化现象
高铝浇注料的碳酸化，被认为是导致这种浇注料结构强度降低，发生粉化、剥落的主要原因之一。高铝水泥结合浇注料暴露在空气中，其水化产物 CaO·Al2O3·10H2O、2CaO·Al2O3·8H2O和 3CaO· Al2O3·6H2O，易与空气中的CO2气体发生反应。在低于20 ℃时 ,初期水化产物是 CaO·Al2O3·10H2O ,后转变为 2CaO·Al2O3·8H2O。在高于20 ℃时，初期水化产物是2CaO·Al2O3·8H2O，后转变为3CaO·Al2O3·6H2O。
在热力学上，这些水化产物在空气中发生碳酸化反应完全是可能的，涉及的反应方程式见表1.在25℃、标准大气压下，三个反应的自由能均为负值，且CO2的平衡分压PCO2 分别为1.013X10-12.17Pa 、1.013X10-9.51Pa和1.013X10-8.88Pa。而在大气压中。PcO2=1.013X101.5Pa，这一数值比耐火浇注料中含水铝酸钙开始碳酸化反应所需的CO2的分压高许多，如对于十水铝酸钙是（1.013X101.5）/（1.013X10-12.177）=4.68X1013倍。在热力学上，含水铝酸钙抗CO2能力的顺序为：3CaO· Al2O3·6H2O＞2CaO·Al2O3·8H2O＞CaO·Al2O3·10H2O。高铝水泥水化产物的碳酸化速度依赖于水化产物的稳定度。
在生产现场中发现，高湿度条件下浇注料更易碳酸化，而且与致密浇注料相比，水含量高的轻质浇注料更容易粉化，这说明了在有水参与的条件下，也就是CO2处于H2CO3状态时，上述三个侵蚀反应更易于进行。当水化产物和CO2酸性气体相互作用时，相间孔隙内液体的PH值急剧降低，这就使耐火浇注料中所有水化性生物都变得不稳定。经热力学计算，在酸性条件下，水化产物CaO·Al2O3·10H2O、2CaO·Al2O3·8H2O 和 3CaO·Al2O3·6H2O的稳定性，随水溶液酸性增加而急剧降低，碳酸化过程更易进行。
表1 CO2对耐火浇注料水化产物侵蚀反应的计算结果(25 ℃)
1. 2 浇注料的硫酸化现象
与高铝水泥水化产物的碳酸化相比 ,其硫酸化现象却未引起足够的重视。在大气中，除CO2 酸性气体外，还存在SO2、H2S气体。它们对高铝浇注料的基质部分的水化产物也有强烈的侵蚀作用，导致浇注料粉化和剥落。其反应方程式见表2和表3。实际上，在地表条件下，PO2 = 2. 127 ×10 4 Pa ,按上述各反应方程可算出SO2 和 H2S 的平衡分压分别为1. 013 ×10 - 62～1. 013 ×10 - 58 Pa 和1. 013×10 - 149. 36～1.013 ×10 - 146 Pa。这说明，在大气条件下( PSO2 = 1. 013 ×10 - 5. 32 Pa 和 PH2S = 10 - 6. 22 Pa ,按居住区大气中有害物质浓度折算，含水铝酸钙在热力学上是不稳定的。它们的稳定性顺序为3CaO·Al2O3·6H2O > 2CaO·Al2O3·8H2O > CaO·Al2O3·10H2O。
2 结论
高铝浇注料的自损坏机理为浇注料基质部分的高铝水泥水化产物被大气中的酸性气体(CO2、SO2、H2S)侵蚀 ,导致水化物分解 ,浇注料的结合强度下降。这种损坏过程实质为浇注料的碳酸化和硫酸化过程。
(2)浇注料在养护或自然干燥过程中 ,随着水分的蒸发 ,浇注料内部物质向表面迁移、析出 ,其中一部分含结晶水的盐类进一步失水，晶型发生改变，同时伴随着体积变化 ,加剧了浇注料的损坏过程。