干拌蒸气混凝土的抗压强度与微观结构

1、第 27 卷第 2 期硅酸盐学报Vol. 27 , No. 21 9 9 9 年 4月JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYApril , 1 9 9 9干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与微观结构苏 南林铜柱彭耀南(云林科技大学 ,台湾省云林县) (Lintek International Inc. USA)(交通大学 ,台湾省新竹市)摘 要 探讨了干拌/ 蒸气混凝土的水化特性 ,并以试验结果印证本工艺的可行性. 试验工作包括制作 10 cm ×10cm × 10cm 混凝土试体 、进行抗压测试 、寻求适当材料配比与最佳压蒸条件 ;并以水泥

2、与砂浆试体 ,进行空隙与孔隙率测定 、电子 显微镜观察 、水化程度与氢氧化钙生成量分析 ,以便了解蒸气水化物的微观结构. 抗压测试结果显示 ,干拌蒸气法只需传统 湿拌法水泥用量的一半 ,即可制得高强度混凝土 ,每公斤水泥可发挥 0 . 294 MPa 的混凝土抗压强度. 对 10 cm ×10cm × 10cm 试体而言 ,最佳压蒸温度与时间分别为 180200 与 22 . 518 h ,其混凝土强度大于 67 . 2 MPa. 微观结构分析显示 , 干拌/ 蒸气混凝土之水化程度比常温湿拌 28 d 龄期者高 ,孔隙与 CH 量少 ,但水化硅酸钙的生成量却较多.关键词 混

3、凝土 ,蒸气 ,干拌料 ,抗压强度 ,微观结构中图法分类号 TU 528 . 1干拌/ 蒸气混凝土原为在月球上制造混凝土所发展出来的新制造工艺. 因为月球表面几 乎绝对真空 ,湿拌混凝土时易导致拌合水急速汽化 ,水化无法进行 1 ,2 ,因此本研究探讨先行 干拌水泥与骨料 ,然后将干拌料填于模具内 ,置入蒸气锅炉或高压釜中 ,注入 105200 的饱 和水蒸气使干拌料发生水化作用 ,再降温拆模即可获得硬固试体 ,由此发展出干拌/ 蒸气混凝 土制造工艺. 研究结果显示 ,此种工艺具有节省水泥用量 、缩短硬固时间及提高混凝土强度等 优点 ,也值得推广应用于地球上之预铸混凝土构件的生产. 在作者以往

4、研究 3 ,4 的基础上 ,本 工作进一步探讨水蒸气直接作用到干燥水泥颗粒表面时 ,其水化现象 、水化产物和结构等性 质 ,并与湿拌法加以比较 ;所采用的工艺对抗压强度的影响以确知干拌/ 蒸气工艺法的可行性 及其所制造混凝土的性能.1 实 验1. 1 实验材料1. 1. 1 水泥 系台湾水泥公司生产之波特兰第一型水泥 ,其品质符合 ASTM C150 之规定.1. 1. 2 标准砂 制作水泥砂浆体的标准砂采用美国 Illinois 州生产的 Ottawa 石英质级配硅 砂 ,其级配为在 ASTM16 号筛之残留质量分数为零 ,30 号筛上之残留质量分数为 2 % ,50 号筛 上为 72 %

5、,100 号筛上为 98 % ;品质合乎 ASTM C778 规范要求.1998 年 3 月 30 日收到.通讯联系人 :苏 南 ,男 ,43 岁 ,博士 ,副教授 ,云林科技大学营建工程系 ,台湾省云林县.第 27 卷第 2 期苏 南 等 :干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与微观结构·149 ·1. 1. 3 粗 、细骨料 混凝土的粗 、细骨料产自台湾省中部大甲溪流域 ,由钙质砂岩制得之碎石 与天然河砂. 碎石矿物的质量分数为 :石英 72 % ,岩屑 10 % ,方解石 7 % ,斜长石 6 % ,云母石 5 % ,物理性质与级配如表 1 与表 2 所示.1. 1. 4 水

6、 采用台湾省自来水公司新竹厂所生产之自来水.表 1 骨料的物理性质Table 1Physical properties and classif ication of aggregatesPropertyCoarse aggregateFine aggregateRelative volume mass2. 662. 67Absorptivity/ %0 . 71. 76Volume mass/ ( kg·cm - 3)1569-Fineness modulus-2. 67表 2 骨料的级配Table 2 Aggregate gradingCoarse aggregateFine ag

7、gregateSieve sizeMass fraction passedASTM C33in percentagerequirement/ %ASTM sieveMass fraction passedASTM C33sizein percentagerequirement/ %25 . 4 mm10019 . 0 mm9512 . 7 mm37. 59 . 51 mm7 . 51001009055201509 . 51 mm100100495. 210090881. 8100801670. 990503055. 660255016. 830101003 . 91024 . 76 mm050

8、1. 2 试体制作1. 2. 1 水泥砂浆试体 以 1 份水泥与 2. 75 份石英质硅砂 (质量比) 配合后干拌 ,每层以手持捣实 25 下后 ,分 3 层填入 5 cm ×5 cm ×5 cm 铁模后放入小型高压釜 , 注入 : ( 1) 105 120 ( pg = 0. 1 0. 2 MPa) ; ( 2) 140 150 ( pg = 0. 36 0. 48 MPa) ; ( 3) 160 180 ( pg = 0. 621. 0 MPa) 的饱和蒸气 ,压蒸 6 ,12 ,18 ,24 ,31 ,38 ,46 与 57 h (含 2 h 升温时间 ,但不 包含降

9、温时间) ,即可得硬固水泥砂浆试体.1. 2. 2 混凝土试体 采用如表 3 所示之 4 种不同水泥用量的配合比 ,将水泥 、细骨料与粗 骨料干拌后 ,分 3 层填入 10 cm ×10 cm ×10 cm 铁模 ,每层各用手持捣棒捣实 25 次后 ;放入中 型蒸气锅炉 ,按表 4 之 8 条压蒸曲线蒸压 5 ,18 ,22. 5 ,30 与 37. 5 h (含 5 h 升温时间 ,但不包含 降温时间) ,即可获得硬固混凝土试体.1. 2. 3 湿拌试体 以水水泥石英质硅砂 = 0. 48512. 75 (质量比) 的比例 ,湿拌后盛入5 cm ×5 cm &#

10、215;5 cm铁模 ,1 d 后拆模并浸水养护达 28 d 龄期后 ,获得湿拌水泥砂浆试体. 另外 也将水泥 、细骨料及粗骨料 ,依表 3 之配合比 ,按水灰比为 0. 485 的拌合水量进行湿拌 ,并浸水·150 ·硅酸盐学报1999 年养护达 28 d 龄期后获得湿拌混凝土试体. 上述 2 种湿拌试体系作为对照组用.1. 3 压蒸干拌料的设备本制造工艺所需设备包括 :干拌合机 、模具 、捣实与馒平工具 、压蒸用之锅炉系统.1. 4 测试项目与仪器1. 4. 1 抗压强度 采用 Shimadze 100 t 万能试验机 ,依据 ASTM C39 之规定 ,测试混凝土 试

11、体及水泥砂浆试体的抗压强度.1. 4. 2 干拌/ 蒸气试体的水灰比 测得压蒸后之硬固混凝土或硬固水泥砂浆试体质量 ,减 去水化前的干拌料质量 ,获得水的质量 ,再除以干拌料中的水泥质量 ,即可得水灰比.1. 4. 3 水化程度及氢氧化钙质量分数 采用美国 Dupon 公司制造之热重分析仪与热差重 量分析仪 ,利用烧失法对预先埋置于混凝土干拌料体中心区的水泥净浆试样 ,测定水化程度及 水化物中的氢氧化钙质量分数.1. 4. 4 混凝土的体积质量 称取 10 cm ×10 cm ×10 cm 之硬固混凝土质量 ,除以体积而 得.1. 4. 5 空隙率 将压蒸硬固后 10 cm

12、 ×10 cm ×10 cm 混凝土试体 ,由中间剖开 ,表面覆盖 画有格点之透明塑胶布 ,将孔隙部分描绘成黑色 ,再以数点法计算其空隙率.1. 4. 6 孔隙率 使用美国 Quanta Chrome 公司制造之压汞孔隙仪 ,从水泥砂浆试体取下约1 g 的试样抽真空后 ,注入大气使汞充满试样周围 ,再利用 0413. 7 MPa (060 000 psi) 之高 压汞注入试样内部 ,以测量其孔隙.1. 4. 7 水化物微观结构 采用 Hitachi S - 2500 型之扫描式电子显微镜 ( SEM) ,对水泥砂 浆的水化物进行观察与拍照.表 3 混凝土干拌料的配比Tabl

13、e 3 4 kinds of mixing proportion of the dry sample of concretekg·m - 3Material1234Cement250325400475Coarse aggregate780750720690Fine aggregate1 1701 1251 0801 0352实验结果与讨论2. 1水泥砂浆试体之抗压强度由表 5 可见当升高温度并调整压蒸时间 ,则蒸气的浓度与活动力增大 ,水分子碰撞水泥颗 粒表面而液化的机率提高 ,同时扩散到干拌料体中心区及水泥颗粒核心的能力增大 ,故试体的 强度因而提高. 实验中也发现若以 225 蒸

14、气压蒸干拌料 1848 h ,则会因温度太高影响水 泥单矿物的胶结性 ,导致硬固体呈灰黄色 ,几乎没有强度. 故对波特兰水泥与石英质硅砂的配 合料而言 ,160180 是最佳的压蒸温度. 值得一提的是 ,用相同材料与配合料比拌得之水 灰比为 0. 485 之湿拌水泥砂浆体 ,其在常温下养护 28 d 后的抗压强度仅达 22. 8 MPa. 显示干 拌水泥砂浆体的强度比湿拌法者高很多 ,其中的一个重要因素为石英质硅砂在高温蒸气中会第 27 卷第 2 期苏 南 等 :干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与微观结构·151 ·与水泥浆中的 Ca (OH) 2 起反应 ,改善集料/ 水泥浆

15、界面区的强度 ;而在常温下则石英质硅砂仅 有填充料功能 ,不会起反应.2. 2 混凝土抗压强度图 1 显示以表 4 之曲线 2 ,3 ,4 ,7 与 8 压蒸 5 种不同水泥用量的干拌料 ,获得平 均抗压强度为 65. 3 , 67. 6 , 67. 2 , 71. 5 与77 MPa的混凝土. 而曲线 1 与曲线 6 之混凝土平均强度分别为 34. 7 与 46. 1 MPa , 系因压蒸温度过低所致. 曲线 5 则因压蒸 时间太短 , 故试体的平均抗压强度仅有 52. 8 MPa. 试验中发现若试体在出蒸气锅 炉前之降温降压速率过快 ,会使试体毛细 孔内的水分迅速沸腾 、汽化与逃逸 ,导致

16、试体表面疏松或有微裂缝 ,并且试体在降温和出锅后 ,也会因冷却收缩发生微裂缝 ,故 压蒸制度对试体的损坏现象 ,有待进一步 探讨. 又本研究之混凝土所用之细集料系图 1 不同压蒸曲线及水泥用量与混凝土强度之关系Fig. 1 Steaming curve vs concrete strength为钙质砂岩 ,故在压蒸时不会与水泥浆中的 Ca (OH) 2 起反应.表 4 压蒸曲线的温度 、时间与压力Table 4 Steaming scenarioCurve numberTemperature- raising periodConstant- temperature periodTemperat

17、ure- decreasing periodTemperature/ 1 3Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa20 10550 . 002 0 . 125130 155 690 . 284 0 . 510155 100 20 107100 . 994 0 . 098 0 . 002Temperature/ 2 Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa20 18050 . 002 0 . 994180 180250 . 994 0 . 994180 100 207100 . 994 0 . 098 0 . 0023 3 3Te

18、mperature/ Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa Time/ h20 18050 . 002 0 . 9945180 18017 . 50 . 994 0 . 994 1 . 47114 . 53180 100 207101 . 471 1 . 471 0 . 0021614 3 3 3Temperature/ Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa20 18050 . 002 0 . 994180 18017 . 50 . 994 0 . 994180 100 207100 . 994 0 . 098 0 . 0

19、02Temperature/ 5Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa20 18050 . 002 0 . 994180 180100 . 994 0 . 994180 100 207100 . 994 0 . 098 0 . 002·152 ·硅酸盐学报1999 年continuedCurve numberTemperature- raising periodConstant- Temperature periodTemperature- decreasing periodTemperature/ 6 Steaming time t s/

20、 h Pressure p/ MPa20 15550 . 002 0 . 51155 15532 . 50 . 51 0 . 51155 100 207100 . 51 0 . 098 0 . 002Temperature/ 7 Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa20 20050 . 002 1 . 558200 20017 . 51 . 558 1 . 558200 100 207101 . 558 0 . 098 0 . 002Temperature/ 8 Steaming time t s/ h Pressure p/ MPa20 20050 . 0

21、02 1 . 558200 200131 . 558 1 . 558200 100 207101 . 558 0 . 098 0 . 0023 Temperature increases continuously with time ;3 3 Pumping pressure is applied in addition to saturated steam pressure ;3 3 3 Only saturated steam pressure is used in number 1 ,2 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 .2. 3 压蒸温度与时间适当控制压蒸温度与时间 , 是影响混凝土强度

22、的关键因素. 例如水泥用量为 250 及325 kg/ m3的干拌料 ,以 180 压蒸 22. 5 h ,其混凝土的强度 (73. 5 ,76. 5 MPa) 较以 200 压蒸 22. 5 h 者 (68 ,72. 5 MPa) 高 ,而当提高水泥用量为 400 与 475 kg/ m3 时 ,同样压蒸 22. 5 h ,但以 200 蒸得之混凝土的强度 (74. 9 ,70. 7 MPa) 却较 180 蒸得者 (66. 8 ,51. 8 MPa) 高 ,这 是因为当干拌料的水泥用量增加时 ,于催化前期试体表面会形成较厚的已水化硬壳 ,影响蒸气 分子渗入干拌料体中心区. 至于在一定温度下

23、的压蒸时间也有一最佳值 ,例如水泥用量为 250 与 325 kg/ m3 的干拌料 ,用 180 蒸压 22. 5 h ,获得 73. 5 与 76. 5 MPa 强度的混凝土 ,但若压 蒸时间缩短为 15 h 或延长为 30 h ,则混凝土强度仅为 53. 457. 6 MPa. 综合各因素可以认 为 ,以 180 压蒸 22. 5 h 或以 200 压蒸18 h为对 10 cm ×10 cm ×10 cm 混凝土试体的最佳 压蒸制度.表 5 水泥砂浆体的强度与水灰比Table 5 Compressive strength and the water- cement r

24、atio of mortarMPaAverage compressiveSteaming time t s/ h612182431384657strength ( m w/ m c) ave 105120 13 . 819 . 419. 921. 229 . 027. 4272723 . 1( m w/ m c)(0 . 301)( ) 3(0 . 346)(0 . 369)(0 . 421)(0 . 336)(0 . 329)(0 . 336)(0 . 348)140150 21 . 525 . 326. 636. 149 . 151. 167. 3339 . 6( m w/ m c)(0

25、. 327)(0 . 324)(0 . 323)(0 . 341)(0 . 366)(0 . 344)(0 . 363)( )(0 . 341)160180 27 . 939 . 568. 968. 968 . 654 . 7( m w/ m c)(0 . 248)(0 . 276)(0 . 352)(0 . 35)(0 . 337)( )( )( )(0 . 315)3 Samples not made or not measured.第 27 卷第 2 期苏 南 等 :干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与微观结构·153 ·表 6 混凝土水灰比Table 6 Water- c

26、ement ratio of concreteCement consumption/ ( kg·m - 3)Steaming curve number250325400475( m w/ m c) ave20. 2280 . 2300 . 2020. 2230 . 221330 . 3720 . 3050. 2740 . 31740. 3760 . 4230. 4050. 2590 . 2080 . 1560. 1620 . 19660. 2980 . 1840. 1560 . 21370. 1730 . 2330 . 2310. 1800 . 20480. 1260 . 1960

27、. 1600. 1460 . 157Average hydration degree0. 2430 . 2770 . 2060. 1900 . 236Steaming curve number25032540047520 . 230 . 220 . 190 . 1640. 2950 . 240 . 170 . 1170 . 270 . 220 . 190 . 1580 . 280 . 260 . 200 . 15Average0 . 270 . 240 . 190 . 143 Samples not measured.表 7 每公斤水泥所发挥的抗压强度效益Table 7 Compressive

28、 strength of concrete developed by every kilogram of cementCement consumption/ ( kg·m - 3)MPa/ kg2. 4水灰比与密度表 6 显示按 7 条压蒸曲线压蒸干拌料 获得的混凝土 ,水灰比为 0. 1260. 423 ,平 均值为 0. 236 ,较湿拌法的惯用水灰比小 ; 而水蒸气能否渗穿试体表面已水化之硬化 层 ,达到干拌料之中心区是决定试体强度 的关键 ,所以在相同的压蒸温度与时间下 , 干拌/ 蒸气混凝土的水灰比与抗压强度成 正相关 ,如图 2 所示 ,但试体在出高压锅前 的冷却阶段时

29、,会因吸收冷凝水的多寡而 使水灰比稍有波动. 又由表 6 也可知 ,水灰 比与水泥用量之间并无明确规律. 还由试 验获知 ,干拌/ 蒸气混凝土的密度为2. 30 2. 40 g/ cm3 ,与水灰比 0. 485 龄期 28 d 湿图 2 水灰比与混凝土强度之关系Fig. 2 Water- cement ratio vs concrete strength·154 ·硅酸盐学报1999 年拌混凝土的密度 2. 322. 39 g/ cm3 ,二者很接近. 说明虽然干拌程序会使得水泥与骨料颗粒 紧密接触而稍增密度 ,但也会因干拌/ 蒸气混凝的毛细孔水较湿拌试体少而使密度稍减

30、,这两 个因素导致这两种混凝土的密度很接近.表 8 混凝土水化程度与水化产物中氢氧化钙之质量百分数Table 8Hydration degree of concrete and mass percentage of Ca( O H) 2 in concreteSteaming curve Cement co nsumptio n/ ( kg·m - 3) Average hydration degree for all cement consumptiopnsnumber250325400475295385. 097. 590. 782. 6(25 . 9)(30 . 6)(26 .

31、 6)(20 . 8)495. 693. 1(33 . 0)(32 . 5)697. 879. 077. 064. 0(28 . 9)(25 . 6)(25 . 7)(22 . 2)781. 6918284. 0(30 . 3)(26 . 6)(33 . 8)880. 697. 785. 576. 3(30 . 6)(22 . 4)(35 . 6)(26 . 8)Average hydration degree958994778585for all steam curves N TWMM sample8492877685 . 559(36 . 0)Nates : Mass percentage

32、 of Ca (OH) 2 given in parenthesis ;N TWMM Normal temperature wet - mix method.2. 5 水泥对强度的效益由图 1 也可看出 ,按 8 条压蒸曲线压蒸得的试体综合整理 ,发现以水泥用量为 250 kg/ cm3 的干拌 料 , 压 蒸 获 得 的 混 凝 土 平 均 抗 压 强 度 为 59. 9 MPa ; 水 泥 用 量 325 kg/ cm3 者 为 62. 4 MPa ,说明以低水泥用量即可压蒸得高强度混凝土. 由表 7 可知 ,当以 180 200 压蒸 干拌料时 ,每公斤水泥所能发挥之混凝土抗压强度 (称

33、为水泥强度效益) 与水泥用量及蒸压制 度有 关. 例如当水泥用量为 250 kg/ m3 时 , 4 种 压 蒸 制 度 之 水 泥 强 度 效 益 的 平 均 值 为 0. 27 MPa ;水泥用量为 475 kg/ m3 时为 0. 14 MPa. 而一般湿拌之纯波特兰水泥为胶结料之高 强度混凝土 ,若抗压强度欲达 54. 9 MPa ,则每立米混凝土水泥使用量约 500 kg ,水泥强度效益 约为0. 14 MPa.2. 6 混凝土空隙将水灰比 0. 485 ,水泥用量 250 ,325 ,400 与 475 kg/ m3 ,龄期 28 d 的湿拌混凝土试体从中央剖开 ,测得其空隙率达

34、27. 7 % ,5. 9 % ,1. 1 %与 0. 5 % ;显示水泥用量与空隙率成反比 ,此系 因水泥具有填塞骨料间隙之功能 ,且提供足够的粘结浆量包裹骨料颗粒表面 ,提高混凝土的密 实度. 又用湿拌浇筑混凝土也常会因水灰比高而易发生泌水与离析现象 ,造成混凝土多空隙.第 27 卷第 2 期苏 南 等 :干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与微观结构·155 ·2. 7 水泥砂浆孔隙以压汞孔隙量测仪测水泥砂浆体孔隙 的结果如图 3 所示 ,每克水化龄期为 28 d之湿拌试体中的孔隙体积为 0. 102 cm3 ;而 160180 压蒸 1234 h 之试体 ,孔隙体 积为 0

35、. 0210. 044 (cm3·g - 1 ) ,因为湿拌 水泥砂浆体在拌合时 ,因相邻砂颗粒之间 存在有水膜 ,产生水膜推力而将相邻的砂 粒分开 ,故水化后其硬固浆体间的孔隙较 大. 而干拌/ 蒸气水泥浆体因干砂间无水 膜推力 ,相邻颗粒间能紧密接合 ,故其蒸气 水化后硬固砂浆体间的孔隙较小. 由上可 知以干拌/ 蒸气工艺 (DMSIM) 制得之水泥 砂浆体 ,其孔隙率较湿拌法试体小 ;这个结图 3 水泥砂浆体的压汞孔隙曲线Fig. 3 Mercury intrusion pressure vs porosity for mortar果也与图 4 之 SEM 观测结果一致 ;由图

36、 4 c 也知在相同的压蒸温度下 ,当压蒸时间愈长 ,则水 化物结构愈致密 ,干拌/ 蒸压水泥砂浆体的孔隙愈小.图 4 水泥砂浆体的水化物组织Fig. 4 Structure of mortar hydrates2. 8水化物微观结构以湿拌法制得之水灰比为 0. 485 的硬固水泥砂浆试体 ,其水化物微结构组织中有多量孔 径约为 0. 0810. 25 mm 之大孔隙 ,如图 4a 之黑色部分所示 ,并且含有数量多的氢氧化钙 ,如 图 4b 之白色粗大结晶体. 干拌/ 蒸压试体的氢氧化钙数量较少 ,如图 4c 中的白色小颗粒 ,其 C - S - H胶体呈致密结构 ,数量比湿拌试体多 ,故试体

37、强度高. 值得一提的是 ,干拌料中的标·156 ·硅酸盐学报1999 年准砂之主要成分为石英 ,其在蒸气高温作用下溶解度会增加 ,参与水泥的水化反应 ,由 SiO2 和Ca (OH) 2或双碱水化硅酸钙结合生成 CSH( ) 或与托勃莫来石的混合结构.2. 9 水化程度表 8 显示以 6 条压蒸曲线蒸得之混凝土 试 体 , 其 中 心 区 的 水 化 程 度 平 均 值 为 85. 5 % , 而 常 温 湿 拌 试 体 , 28 d 龄 期 仅 有59 %水化程度 ,故高压饱和蒸气会提高混凝 土的水化反应程度 ; 该表也指出干拌料以 180 压 蒸 22. 5 30 h

38、或以 200 压 蒸1822. 5 h ,获得的试体水化程度较高 ; 用155 压蒸 ,虽时间长达 37. 5 h ,但水化程度 较低. 图 5 显示干拌/ 蒸气混凝土的强度有与水化程度成正相关的趋势 ,并且在相近的水化程度下 , 水泥用量过多 ( 475 kg/ m3 ) 的 干拌料 ,其混凝土强度不一定提高 ; 而以水 泥用量为 325 与 400 kg/ m3 的干拌料压蒸得图 5 水化程度与混凝土强度之关系Fig. 5 Hydration degree vs concrete strength的混凝土强度最高. 又水泥用量不宜过多 ,致使干拌料体的孔隙较多 ,有利于蒸气渗入 ,提高 混

39、凝土的水化程度 ;而当水泥用量增至475 kg/ m3时 ,因干拌料体供蒸气渗透的孔隙减少 ,并且 在水化物初期生成于试体外表的水化物屏敝膜较致密 ,影响蒸气渗入 ,所以试体的水化程度较 低.2. 10 氢氧化钙生成量表 8 显示干拌/ 蒸气混凝土的水化产物中 ,氢氧化钙质量分数为 22. 435. 6 % ,平均值为 28 % ,远低于常温湿拌试体 (龄期 90 d) 中氢氧化钙的质量分数 36 %. 这由于用湿拌法时 ,在水 解期时 CaO 较易由 C3 S 脱落 ,水解产生 Ca2 + ,再与 H2O 作用形成多量的 Ca ( OH) 2 5 ,见图 4 b. 但以高温蒸气水化时 ,因缺

40、乏大量的液体水覆盖在水泥颗粒表面 ,故水化过程之水解期 非常短暂或没有 ,直接由已缩短的潜伏期进入加速期 ,在水蒸气碰撞水泥颗粒时部分液化 ,部 分挤入水泥单矿物晶格中加速水化作用 ,产生含较多 C - S - H 与较少 CH 的水化物组织 ,如 图 4 c 所示.2. 11 试体尺寸效应为了解以干拌/ 蒸气工艺法催化尺寸较大之试体 ,是否会有“蒸不熟”现象 ;故本研究也以 水泥用量为 325 kg/ m3 的干拌料 ,分别盛入内径 7. 5 cm 高 15 cm 及内径 10 cm 高 20 cm 及内 径 15 cm 高 30 cm 的圆柱形铁模 ,以 180 蒸压 37. 5 h ,发

41、现这 3 种试体的抗压强度分别仅有29. 9 MPa ,24. 8 MPa 与 12. 1 MPa ,较 10 cm ×10 cm ×10 cm 试体低甚多 ,此系因蒸气不易渗 入大试体中心区所致. 又用万能试验机将试体压破 、剖开其中心区观察 ,发现大试体的中心区 有水化不足之“生蕊”现象 ,并且试体直径愈大则此现象愈明显. 所以使用本工艺生产大尺寸 的混凝土构件或组件时 ,对压蒸时间的延长或蒸气渗透方法等生产因素的改进 ,值得进一步研 究.第 27 卷第 2 期苏 南 等 :干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与微观结构·157 ·3结论(1) 以干拌/ 蒸

42、气工艺拌制混凝土 ,会降低水化过程中氧化钙从硅酸三钙表面脱落而水解 成离子的机率 ,减少氢氧化钙形成量.(2) 压蒸温度及时间 、水化程度 、试体尺寸与干拌料配比等会影响干拌/ 蒸气混凝土的抗 压强度.(3) 试体尺寸 、压蒸温度及时间等因素会显著影响干拌/ 蒸气混凝土的水化程度. (4) 干拌/ 蒸气混凝土的空隙与孔隙率较湿拌混凝土者少.(5) 以本工艺制造混凝土 ,可以提高水泥强度效益 ,即用低水泥用量的干拌料 ,即可制得 高强度混凝土.(6) 对水泥与砂石混合的干拌料而言 ,最佳压蒸温度为 180200 .(7) 最佳压蒸制度与试体尺寸有关 ,例如对 10 cm ×10 cm

43、×10 cm 的试体而言 ,最佳压蒸 时间为 22. 530 h ;高达 200 时 ,则相应的最佳压蒸时间为 18 h.(8) 干拌/ 蒸气混凝土的抗压强度与水化程度及水灰比正相关.(9) 本工艺与湿拌法相比较 ,具有降低水泥用量 、缩短硬固时间及提高混凝土强度等优点.(10) 当试体尺寸较大时 ,则对最佳压蒸温度及蒸气渗入法等有关问题宜进一步研究. (11) 若干拌/ 蒸气混凝土采用石英质集料 ,则在蒸气作用下 ,集料中的 SiO2 是否会与水泥浆中的 Ca (OH) 2 反应 ,以及如何改善集料与水泥浆界面区水化物结构与粘结力 ,以提高混 凝土的强度及耐久性值得探讨.(12)

44、干拌/ 蒸气混凝土的水灰比甚低 ,故其后期力学强度是否会有倒缩现象值得进一步 研究.参 考 文 献1 Lin T D. Concrete for lunar base construction. In : Mendell W W ed. Lunar Base and Space Activities of the 21 st Century. Houston , U S A : Lunar and Planetary Institute , 1985 . 3813912 Lin T D , Love H , Stark D. Physical Properties of Concrete Ma

45、de with Appollo 16 Lunar Soil , Commercial Opportunities in Space. New Jersey , U S A : American Institute of Aeronautics and Astronauties Inc , 1988 :5105213 Lin T D , Su Nan. Lunar concrete update. Concrete International , 1991 ,13 (5) :734 Su Nan , Hydration models , Compressive Strengths and Mic

46、rostructures of Dry- mix/ Steam - Injection Concrete : Doctor De2 gree Thesis . Taipei , China :Chiao- Tung University , 19935 Sheen Yeong Nain. Study on Hydration Mechanism of High Performance Concrete : Doctor Degree Thesis . Taipei , China : Taiwan University of Science & Technology ,1997

47、3;158 ·硅酸盐学报1999 年THE COMPRESSIVE STRENGTH AND MICROSTRUCTURE OF D RY - MIX/ STEAM INJECTIO N CONCRETES u N anL in Tungdju(Department of Construction Engineering ,Yunlin University of Science and Technology , Yunlin County of Taiwan Province)(Lintek International Inc , Illinois , U S A)Peng Yaw

48、 nan(Department of Civil Engineering , Chiao- Tung University Hsinchu City of Taiwan Province)ABSTRACT The hydration characteristics of the dry- mix/ steam injection concrete are studied and the feasibility of the present method is discussed in the paper. The test program includes preparing 10 cm ×10 cm ×10 cm concrete samples , measuring the compressive strength , searching the optimal proportion of concrete materials and steam cur2 ing condi