蒸壓養護制度試驗研究

何 威, 殷 紅, 李 豐, 劉和亮

(湖北工業大學土木工程學院， 湖北 武漢 430068)

很多學者在研究水化產物時，采用了很高的壓力和溫度，可是從工藝角度來研究水泥硬化過程時，使用的壓力和溫度卻較低，一般都是在20個大氣壓和215℃以下．1951-1954年，蘇聯建筑科學院院士П. И.波任諾夫[1-2]教授根據實驗結果認為，應該把水熱處理的飽和蒸汽溫度，自175℃提高到205-225℃，這樣可使壓蒸時間大大縮減，而不致降低試塊強度．王燕謀[1]進一步研究了溫度和壓蒸制度之間的關系，并得出結論：壓蒸溫度的選擇，不但與原料性質有關，而且與所用的制度有著密切的聯系，所謂蒸壓制度,就是指蒸汽壓力和整個蒸壓處理階段的延續時間．每一個蒸壓溫度值，可以找到一個合理的蒸壓制度，而蒸壓制度的改變，同樣要導致溫度值的變更．

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量特性有緊密關系，而且與采用的蒸壓制度有關．為了縮短蒸壓時間和制得優質產品，可以通過提高蒸壓釜蒸汽溫度和壓力來達到，并且必須使得每種情況下選出的短時間蒸壓制度正好與蒸壓釜內蒸汽的最佳溫度和壓力相適應[3-5]．

1 試驗材料和試驗方法

試驗試樣的配合比如表1所示．將水、熟料和磨細砂按設計配合比混合后攪拌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 試驗試樣的配合比 %

將試模置于蒸壓釜中進行養護，從供汽開始，到蒸壓釜內達到100℃為止．當溫度大于100℃時，開始進行升壓，達到所要求的壓力條件為止．其養護條件分別為：在不同壓力(0.9 MPa 、1.1 MPa、 2.6 MPa)和最高溫度下分別養護不同的恒溫時間(2 h、4 h、8 h、12 h)．達到規定的養護時間后，緩慢排蒸汽至蒸壓釜內的溫度為100℃時止，然后讓試樣在蒸壓釜內冷卻，干燥后將制得的試樣進行力學性能測試．

2 試驗結果分析

試樣在蒸壓釜內最高溫度和壓力(0.9和1.1 MPa)下養護的時間，對于霞石水泥試樣強度的影響可從圖1中看出．恒壓養護時間從4 h增加到8 h，霞石水泥試件的強度呈線性增長，當恒壓養護時間超過8 h，試件強度不再增加；砂質水泥試件和石灰礦渣水泥試件的強度增長趨勢與霞石水泥試件的基本相同．對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據可以看出(如圖2所示)，在0.9 MPa壓力下蒸壓的干硬性砂漿，隨著恒壓時間從2 h延長到8 h，強度增長20%～25%，而塑性砂漿強度則提高50%～60%．當蒸壓釜蒸汽壓力由0.9提高至1.3 MPa時，砂漿強度提高．

1-砂質水泥；2-霞石水泥；3-石灰礦渣水泥圖 1 恒壓養護時間

a-干硬性砂漿； b-塑性砂漿；1-波特蘭水泥；2-霞石水泥圖 2 最佳恒壓養護時間

在保持砂漿強度不變的條件下，提高蒸壓釜的蒸汽壓力，會使蒸壓處理時間大大縮短．對波特蘭水泥和霞石水泥制件的干硬性和塑性砂漿進行研究，并按圖2所示的制度蒸壓，得到了類似的結果．

當延長低壓(0.9 MPa)下恒溫養護時間，能使砂漿強度提高．但在225℃溫度(2.6 MPa)下時，砂漿強度的形成過程按另一種規律進行．當延長5 MPa壓力下的恒溫養護時間，會對蒸壓材料強度特性產生不利的影響(表2)．

表2 塑性砂漿強度與5 MPa下恒壓時間的變化關系

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

對于波特蘭水泥的干硬性砂漿來說，2.6 MPa壓力下恒溫時間從0增加到4 h，試件強度增加20%以上．砂質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時間為2 h，而霞石水泥塑性砂漿為4 h．進一步延長恒壓時間，就會使試件強度降低．在2.6 MPa下蒸壓24 h后，砂漿強度高于0.9 MPa下蒸壓8～12 h試件強度．采取峰狀制度(3+0+3)時，最佳壓力處于2～3 MPa范圍內(圖3)．

1-波特蘭水泥；2-砂質水泥；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下的強度增長與蒸壓延續時間的延長不成比例，并且泡沫混凝土的容重大時，蒸壓延續時間應該減少．在這些試驗中，升壓和降壓的延續時間固定不變，升壓為2 h，降壓為4 h[2]．

表3 泡沫混凝土強度與蒸壓處理時間的變化關系

通過對泡沫混凝土在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使試件的強度大大提高．從表中可見，容重600 kg/m3的泡沫混凝土提高養護壓力(從0.9提高到1.1 MPa)時，強度增加77%，容重1 100 kg/m3的泡沫混凝土強度增加14%，這具有很大的實際意義．

表4 泡沫混凝土強度與蒸壓釜蒸汽壓力值之間的變化關系

由此可知，當蒸壓釜蒸汽提高到適應于每種原料的最佳溫度時，砂漿和混凝土強度增長，而再進一步提高溫度，卻會使強度降低．隨著蒸汽溫度提高和蒸壓處理的延續時間延長，水化產物結晶．但蒸壓時間超過最佳時間后，會使晶體粒子增大，導致石材強度降低，此外，相組成也發生了變化，因而影響制品的性質．

上述結果明顯顯示了蒸壓工藝的優越性．正確選擇蒸壓制度時，蒸壓釜壓力提高到2～3 MPa，會大大提高蒸壓產品的強度．

3 結論

1)分析得到的結果可以認為，對每一種原料都有一個最佳蒸壓溫度和蒸壓制度．飽和蒸汽溫度和蒸壓時間超過最佳值，就會引起蒸壓產品強度的降低．

2)蒸壓釜的蒸汽壓力提高，恒壓養護時間應當縮短．

3)試樣的強度隨著蒸壓釜內蒸汽壓力的上升而提高，當達到最佳壓力值時，其強度達到最大值，繼續增加壓力值，試樣的強度則開始降低，為得到良好性能的蒸壓產品，建議采用2.5～4 MPa(226～250℃)的蒸壓釜．

[參考文獻]

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

[2] 波任諾夫 П И. 蒸壓材料工藝學[M]. 呂昌高譯．北京: 中國建筑工業出版社, 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.