鋁酸鈣水泥(CAC)結合澆注料具有優良的抗侵蝕性、抗熱震性和高溫強度，以及比水合氧化鋁和硅溶膠結合澆注料更高的脫模強度，因此CAC被廣泛用作澆注料的結合劑。CAC的水化過程是一個溶解-沉淀過程，當CAC顆粒與水接觸后即溶解生成Ca2+和[Al(OH)4]-,然后經成核、結晶生成不同的水化產物，如CAH10、C2AH8、C3AH6和AH3等，使澆注料的各組分膠結在一起，從而賦予澆注料較高的脫模強度并縮短模內養護時間。

在實際應用中，CAC粒度、養護時間、溫度、濕度、加水量、外加劑等很多因素都會影響CAC的水化過程,從而對CAC結合澆注料的強度、體積穩定性及抗熱震性能等造成較大影響。譬如，減小CAC顆粒尺寸可以提高CAC的水化程度，提高澆注料的脫模強度;同時，更細的CAC可使其所含的CaO分布更加均勻，而分布均勻的CaO又可使高溫下生成的CA6分布得更加均勻，從而提高澆注料的體積穩定性、力學強度和抗熱震性。延長養護時間也會增加澆注料中CAC的水化量，提高澆注料的強度。升高澆注料的養護溫度可以提高CAC的水化速度，促使CAC的水化產物通過溶解-沉淀過程而分布更加均勻，增強陶瓷結合，提高澆注料的中溫和高溫燒后強度。在實際施工過程中，地域、天氣或其他原因均會導致溫度和濕度發生改變。雖然已知環境濕度也會影響CAC的水化過程及水化產物間的轉化,但對于養護濕度的影響研究尚欠全面深入。鑒于此，研究了養護濕度(40%、70%和100%)對CAC結合剛玉質澆注料常溫物理性能及物相組成和顯微結構的影響。

1試驗

1.1 原料

試驗用主要原料為山東恒嘉高純鋁業公司生產的板狀剛玉顆粒、細粉和活性α-Al2O3微粉;結合劑和減水劑分別為Secar71水泥和FS10。主要原料的化學組成見文獻[9]。

表1 試樣配比

1.2 試樣制備

澆注料的試樣配比如表1所示，試樣制備所采用的有關設備(攪拌機、振動臺、養護箱)與文獻[9]所述相同。

根據表1準確稱取各種原料，并將配合料和純凈水預先置于恒溫恒濕養護箱中常溫(25℃)靜置24h,然后采用與文獻[9]相同的方法進行混料和成型為25mm×25mm×150mm試樣。隨后將成型好的試樣連同模具一起放到恒溫恒濕養護箱中，固定溫度為25℃,在不同濕度(40%、70%和100%)下分別養護72h后脫模。再將脫模試樣進行干燥，方法亦同文獻[9]所述。最后，將干燥試樣分別在800、1100、1450和1620℃下保溫3h熱處理并隨爐冷卻后備用。

另外，為了便于檢測澆注料的物相組成變化，在上述同樣的條件下制備了不含骨料的純基質試樣，其中，水的加入量為水泥加入量的80%。

1.3 性能檢測

試樣的顯氣孔率和常溫抗折強度分別按照GB/T2997—2000和GB/T3001—2007進行檢測。抗熱震性：按GB/T30873—2014將1620℃熱處理后試樣在1000℃保溫30min后置于20℃冷水中，待其完全冷卻后在110℃烘箱中烘干24h,然后測其殘余抗折強度，并計算熱震后的抗折強度保持率。另外，采用Bruker-D8-Focus型X射線衍射儀分析基質試樣的物相組成，采用Zeiss-SigmaHD型場發射電子顯微鏡觀察澆注料的顯微結構。

2 結果與分析

2.1物相組成

圖1不同濕度下養護的基質試樣經110℃烘干、1100和1620℃熱處理后的XRD圖譜

烘干試樣的XRD分析結果似乎有違常理，與文獻[15,16]報道的養護試驗結果不一致。但是，一些關于普通硅酸鹽水泥混凝土的研究結果[17,18]表明，在水化初期(<7d)低濕度養護的水泥水化率的確反而比高濕度養護的高，相應混凝土的強度變化也是如此，正如本試驗結果一樣。究其原因，可能是因為在低濕度環境下，由于澆注體內外的濕度梯度更大，使得澆注體中的水分在水泥開始水化后向外擴散得更快，因而也加快了澆注體中Ca2+、Al3+、[Al(OH)4]-等離子或離子團的擴散遷移，從而加快了水泥礦物的水化速度。事實上，對于有液相和氣相參與的固相反應，已有研究證明，水蒸氣壓力的增大有時對固相反應速度反而不利[19]。隨著處理溫度的升高，各種水化產物均逐漸脫水并反應轉變為剛玉、CA和CA2,最終經1620℃處理后的試樣物相組成僅剩下CA6和剛玉。由于各試樣中加入的水泥量都是5%(w),最終生成的CA6量都一樣，因此消耗的Al2O3量相同，故經1620℃處理后不同試樣的CA6和剛玉衍射峰強度也都相同。

2.2 物理性能

圖2示出了在不同濕度經不同溫度熱處理后試樣的顯氣孔率。可見：1)110℃烘干和不同溫度熱處理后試樣的顯氣孔率都隨養護濕度升高而有所增大;特別是110℃烘干后試樣，隨養護濕度從40%增加到100%,顯氣孔率從10.1%增加到11.1%。2)所有燒后試樣的顯氣孔率都比110℃烘干后的大，其中以1450℃熱處理后試樣的顯氣孔率最大，1620℃熱處理后試樣的次之。由此可知，降低澆注料的養護濕度有利于降低其顯氣孔率。

圖2在不同濕度經不同溫度熱處理后試樣的顯氣孔率

在低濕度養護情況下，一方面由于CAC的水化程度較高，產生了較多的低密度水化產物，從而填充了試樣中的部分氣孔;另一方面，低濕度養護時試樣內外水分濃度梯度較大，因此在養護過程中澆注料中的水分散失較多，體積收縮較大，從而也降低了試樣的顯氣孔率。而在100%濕度下養護時，澆注料中的自由水較難蒸發散失，仍然占據較大空間，致使干燥之后的澆注料氣孔率較大。在熱處理過程中，溫度升高會導致水化產物逐漸脫水分解并產生體積收縮(例如C3AH6和AH3完全脫水后的產物比原體積分別減小43%和60%)[20],從而形成氣孔和微裂紋，因此經高溫熱處理后的澆注料試樣的顯氣孔率均比烘干試樣的高。試樣經1450℃熱處理后的顯氣孔率最高，可能是因為在此溫度下試樣中發生了大量高密度的剛玉相(3.98g·cm-3)[21]與CA2反應，形成較低密度的CA6(3.38g·cm-3)[21]的相變過程，進而引起較大體積膨脹使澆注料的顯氣孔率明顯增大。而在更高溫度(1620℃)下處理時，又將使澆注料產生較大的燒結收縮并導致其顯氣孔率下降。綜上所述，對于水化初期(≤3d)的CAC結合剛玉質澆注料而言，其顯氣孔率隨著養護濕度的降低而減小。

經脫模、烘干和不同溫度熱處理后試樣的常溫抗折強度隨養護濕度的變化見圖3?？梢钥闯觯弘S著養護濕度降低，試樣的脫模、烘干和熱處理后的常溫抗折強度均呈增大趨勢，且處理溫度越高，試樣的常溫抗折強度越大。這是因為隨著養護濕度降低，CAC的水化程度增大，水化產物增多，使澆注料中各組分膠結程度提高，進而提高了澆注料的脫模和烘干強度;而在燒成過程中更多的水化產物分解將原位生成更多的CA、CA2,從而提高澆注料中各組分的結合程度;同時更多CA、CA2的均勻分布使生成的高溫相CA6分布更加均勻，使澆注料中基質與骨料結合得更加緊密，從而增加了澆注料的高溫燒后強度。可見，對于養護時間短(≤3d)的CAC結合剛玉質澆注料，降低養護濕度反而有利于提高澆注料的脫模、烘干和中高溫熱處理后的常溫抗折強度。

圖3經脫模、烘干和不同溫度熱處理后試樣的常溫抗折強度隨養護濕度的變化

養護濕度對經1620℃熱處理后澆注料試樣抗熱震性的影響見圖4。可知，經40%和70%濕度養護的試樣殘余抗折強度比100%濕度養護的高，但熱震后的強度保持率則隨養護濕度的升高而增大。這是因為低濕度下養護的澆注料經1620℃熱處理后結構較致密，氣孔率較低，致使其熱震后的殘余抗折強度仍然較高;而高濕度下養護的澆注料經1620℃熱處理后顯氣孔率較高(見圖2),可以更好地吸收裂紋擴展能，阻礙裂紋的擴展延伸，從而具有較高的熱震后強度保持率?？梢娞岣逤AC結合剛玉質澆注料的養護濕度雖然不利于改善其常溫強度，但卻有利于改善其抗熱震性。

圖4養護濕度對1620℃熱處理后澆注料試樣抗熱震性的影響

2.3顯微結構

圖5示出了不同養護濕度下的澆注料試樣經1620℃熱處理后的顯微結構。

圖5不同養護濕度下澆注料試樣經1620℃熱處理后的顯微結構

由圖5可見：濕度為40%時，澆注料中基質與骨料結合緊密;而養護濕度為100%時，澆注料基質與骨料間有較多裂隙存在(見圖中白色標記)。這是因為高濕度養護的澆注料經干燥后原本就具有較高的氣孔率(見圖2),經1620℃熱處理后一些大孔(裂)隙并未消失。而低濕度養護的澆注料試樣干燥后氣孔率較低，顆粒間結合更緊密，高溫處理后的結構也更致密些。另外，由于養護濕度低時CAC水化程度較高(見圖1(a)),更多的水化產物通過溶解-沉淀水化過程在澆注料中分布得更加均勻，加之水化產物在加熱過程中脫水分解生成的CA、CA2具有較大活性，更容易與剛玉顆粒反應生成CA6,使基質與骨料結合得更緊密。

3 結論

(1)在水化初期，澆注料中的CAC水化程度隨養護濕度的降低而提高。對于養護時間(≤3d)短的CAC結合剛玉質澆注料，適當降低養護濕度，可能更有利于促進高溫下耐火相CA6的生成及骨料與基質結合更緊密。

(2)隨著養護濕度的降低，經不同溫度熱處理后的CAC結合剛玉質澆注料的顯氣孔率降低，常溫抗折強度則相應增大。

(3)隨著養護濕度的降低，CAC結合剛玉質澆注料的熱震后抗折強度保持率逐漸降低，但經40%和70%養護濕度的澆注料熱震后殘余抗折強度比經100%濕度養護的更大。