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        蒸壓養(yǎng)護(hù)制度試驗(yàn)研究

        2013-11-12 06:32:34劉和亮
        關(guān)鍵詞:蒸壓恒壓砂漿

        何 威, 殷 紅, 李 豐, 劉和亮

        (湖北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

        很多學(xué)者在研究水化產(chǎn)物時(shí),采用了很高的壓力和溫度,可是從工藝角度來(lái)研究水泥硬化過(guò)程時(shí),使用的壓力和溫度卻較低,一般都是在20個(gè)大氣壓和215℃以下.1951-1954年,蘇聯(lián)建筑科學(xué)院院士П. И.波任諾夫[1-2]教授根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為,應(yīng)該把水熱處理的飽和蒸汽溫度,自175℃提高到205-225℃,這樣可使壓蒸時(shí)間大大縮減,而不致降低試塊強(qiáng)度.王燕謀[1]進(jìn)一步研究了溫度和壓蒸制度之間的關(guān)系,并得出結(jié)論:壓蒸溫度的選擇,不但與原料性質(zhì)有關(guān),而且與所用的制度有著密切的聯(lián)系,所謂蒸壓制度,就是指蒸汽壓力和整個(gè)蒸壓處理階段的延續(xù)時(shí)間.每一個(gè)蒸壓溫度值,可以找到一個(gè)合理的蒸壓制度,而蒸壓制度的改變,同樣要導(dǎo)致溫度值的變更.

        由此可以看出,蒸壓釜中蒸汽的最佳溫度和壓力不僅與原材料的質(zhì)量特性有緊密關(guān)系,而且與采用的蒸壓制度有關(guān).為了縮短蒸壓時(shí)間和制得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,可以通過(guò)提高蒸壓釜蒸汽溫度和壓力來(lái)達(dá)到,并且必須使得每種情況下選出的短時(shí)間蒸壓制度正好與蒸壓釜內(nèi)蒸汽的最佳溫度和壓力相適應(yīng)[3-5].

        1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

        試驗(yàn)試樣的配合比如表1所示.將水、熟料和磨細(xì)砂按設(shè)計(jì)配合比混合后攪拌1 min,再加入石膏,快速攪拌1 min使各原料混合均勻,然后將漿體注入邊長(zhǎng)為20 cm的立方體試模中,得到試樣1.按同樣的方法制得試樣2和試樣3.

        表1 試驗(yàn)試樣的配合比 %

        將試模置于蒸壓釜中進(jìn)行養(yǎng)護(hù),從供汽開(kāi)始,到蒸壓釜內(nèi)達(dá)到100℃為止.當(dāng)溫度大于100℃時(shí),開(kāi)始進(jìn)行升壓,達(dá)到所要求的壓力條件為止.其養(yǎng)護(hù)條件分別為:在不同壓力(0.9 MPa 、1.1 MPa、 2.6 MPa)和最高溫度下分別養(yǎng)護(hù)不同的恒溫時(shí)間(2 h、4 h、8 h、12 h).達(dá)到規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間后,緩慢排蒸汽至蒸壓釜內(nèi)的溫度為100℃時(shí)止,然后讓試樣在蒸壓釜內(nèi)冷卻,干燥后將制得的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試.

        2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        試樣在蒸壓釜內(nèi)最高溫度和壓力(0.9和1.1 MPa)下養(yǎng)護(hù)的時(shí)間,對(duì)于霞石水泥試樣強(qiáng)度的影響可從圖1中看出.恒壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間從4 h增加到8 h,霞石水泥試件的強(qiáng)度呈線性增長(zhǎng),當(dāng)恒壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)8 h,試件強(qiáng)度不再增加;砂質(zhì)水泥試件和石灰礦渣水泥試件的強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)與霞石水泥試件的基本相同.對(duì)由波特蘭水泥和霞石水泥制成的干硬性和塑性砂漿分析所得的數(shù)據(jù)可以看出(如圖2所示),在0.9 MPa壓力下蒸壓的干硬性砂漿,隨著恒壓時(shí)間從2 h延長(zhǎng)到8 h,強(qiáng)度增長(zhǎng)20%~25%,而塑性砂漿強(qiáng)度則提高50%~60%.當(dāng)蒸壓釜蒸汽壓力由0.9提高至1.3 MPa時(shí),砂漿強(qiáng)度提高.

        1-砂質(zhì)水泥;2-霞石水泥;3-石灰礦渣水泥圖 1 恒壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間

        a-干硬性砂漿; b-塑性砂漿;1-波特蘭水泥;2-霞石水泥圖 2 最佳恒壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間

        在保持砂漿強(qiáng)度不變的條件下,提高蒸壓釜的蒸汽壓力,會(huì)使蒸壓處理時(shí)間大大縮短.對(duì)波特蘭水泥和霞石水泥制件的干硬性和塑性砂漿進(jìn)行研究,并按圖2所示的制度蒸壓,得到了類(lèi)似的結(jié)果.

        當(dāng)延長(zhǎng)低壓(0.9 MPa)下恒溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間,能使砂漿強(qiáng)度提高.但在225℃溫度(2.6 MPa)下時(shí),砂漿強(qiáng)度的形成過(guò)程按另一種規(guī)律進(jìn)行.當(dāng)延長(zhǎng)5 MPa壓力下的恒溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間,會(huì)對(duì)蒸壓材料強(qiáng)度特性產(chǎn)生不利的影響(表2).

        表2 塑性砂漿強(qiáng)度與5 MPa下恒壓時(shí)間的變化關(guān)系

        霞石水泥試件在恒壓養(yǎng)護(hù)4 h下的強(qiáng)度比恒壓養(yǎng)護(hù)2 h的強(qiáng)度降低10%~15%,而其他塑性砂漿的強(qiáng)度也有不同程度的降低.可見(jiàn),隨著蒸壓釜蒸汽壓力提高 ,必須縮短恒溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間.高壓飽和蒸汽的處理,加快了水化產(chǎn)物的合成速度,因此可以縮短蒸壓處理制度.

        對(duì)于波特蘭水泥的干硬性砂漿來(lái)說(shuō),2.6 MPa壓力下恒溫時(shí)間從0增加到4 h,試件強(qiáng)度增加20%以上.砂質(zhì)水泥和石灰礦渣水泥的塑性砂漿,在2.6 MPa壓力下的最佳恒壓延續(xù)時(shí)間為2 h,而霞石水泥塑性砂漿為4 h.進(jìn)一步延長(zhǎng)恒壓時(shí)間,就會(huì)使試件強(qiáng)度降低.在2.6 MPa下蒸壓24 h后,砂漿強(qiáng)度高于0.9 MPa下蒸壓8~12 h試件強(qiáng)度.采取峰狀制度(3+0+3)時(shí),最佳壓力處于2~3 MPa范圍內(nèi)(圖3).

        1-波特蘭水泥;2-砂質(zhì)水泥;3-霞石水泥;4-石灰礦渣水泥圖 3 蒸壓處理的峰狀制度

        泡沫混凝土在0.9 MPa下的強(qiáng)度增長(zhǎng)與蒸壓延續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)不成比例,并且泡沫混凝土的容重大時(shí),蒸壓延續(xù)時(shí)間應(yīng)該減少.在這些試驗(yàn)中,升壓和降壓的延續(xù)時(shí)間固定不變,升壓為2 h,降壓為4 h[2].

        表3 泡沫混凝土強(qiáng)度與蒸壓處理時(shí)間的變化關(guān)系

        通過(guò)對(duì)泡沫混凝土在0.7~1.1 MPa壓力下按2.5 h+6 h+4 h制度蒸壓處理的研究,也證明了提高蒸壓釜的壓力會(huì)使試件的強(qiáng)度大大提高.從表中可見(jiàn),容重600 kg/m3的泡沫混凝土提高養(yǎng)護(hù)壓力(從0.9提高到1.1 MPa)時(shí),強(qiáng)度增加77%,容重1 100 kg/m3的泡沫混凝土強(qiáng)度增加14%,這具有很大的實(shí)際意義.

        表4 泡沫混凝土強(qiáng)度與蒸壓釜蒸汽壓力值之間的變化關(guān)系

        由此可知,當(dāng)蒸壓釜蒸汽提高到適應(yīng)于每種原料的最佳溫度時(shí),砂漿和混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng),而再進(jìn)一步提高溫度,卻會(huì)使強(qiáng)度降低.隨著蒸汽溫度提高和蒸壓處理的延續(xù)時(shí)間延長(zhǎng),水化產(chǎn)物結(jié)晶.但蒸壓時(shí)間超過(guò)最佳時(shí)間后,會(huì)使晶體粒子增大,導(dǎo)致石材強(qiáng)度降低,此外,相組成也發(fā)生了變化,因而影響制品的性質(zhì).

        上述結(jié)果明顯顯示了蒸壓工藝的優(yōu)越性.正確選擇蒸壓制度時(shí),蒸壓釜壓力提高到2~3 MPa,會(huì)大大提高蒸壓產(chǎn)品的強(qiáng)度.

        3 結(jié)論

        1)分析得到的結(jié)果可以認(rèn)為,對(duì)每一種原料都有一個(gè)最佳蒸壓溫度和蒸壓制度.飽和蒸汽溫度和蒸壓時(shí)間超過(guò)最佳值,就會(huì)引起蒸壓產(chǎn)品強(qiáng)度的降低.

        2)蒸壓釜的蒸汽壓力提高,恒壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)縮短.

        3)試樣的強(qiáng)度隨著蒸壓釜內(nèi)蒸汽壓力的上升而提高,當(dāng)達(dá)到最佳壓力值時(shí),其強(qiáng)度達(dá)到最大值,繼續(xù)增加壓力值,試樣的強(qiáng)度則開(kāi)始降低,為得到良好性能的蒸壓產(chǎn)品,建議采用2.5~4 MPa(226~250℃)的蒸壓釜.

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 王燕謀.水熱條件下水化硅酸鈣在水泥石中的形成過(guò)程[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1963,2(01):11-20.

        [2] 波任諾夫 П И. 蒸壓材料工藝學(xué)[M]. 呂昌高譯.北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1985.

        [3] Kalousek G L,Mui D. Studies on formation and recrystallization of intermediate reaction products in the system magnesia-silica-water[J]. Journal Of The American Ceramic Society, 1954, 37(02): 38-42.

        [4] Brew D,Glasser F. Synthesis and characterisation of magnesium silicate hydrate gels[J]. Cement And Concrete Research, 2005, 35(01): 85-98.

        [5] Mitsuda T,Taguchi H. Formation of magnesium silicate hydrate and its crystallization to talc[J]. Cement And Concrete Research, 1977, 7(03): 223-230.

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