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.