然而(er)，值得注意的(de)(de)(de)(de)是，硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)在(zai)(zai)技術方面仍存在(zai)(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)局(ju)限性(xing)(xing)(xing)。在(zai)(zai)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)施(shi)工成(cheng)型(xing)的(de)(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)，硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)（S）由熔(rong)融(rong)(rong)液態(tai)(tai)冷卻至固態(tai)(tai)狀態(tai)(tai)時，會發生(sheng)β晶型(xing)（單(dan)斜硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)）向α晶型(xing)（斜方硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)）轉變的(de)(de)(de)(de)過(guo)程，這一(yi)過(guo)程造成(cheng)較大的(de)(de)(de)(de)固相體(ti)(ti)積收縮，晶粒間產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)內應力會導致(zhi)微裂紋。包含(han)有(you)較多(duo)微裂紋的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)在(zai)(zai)應用(yong)中(zhong)受力可能發生(sheng)脆性(xing)(xing)(xing)破壞。研究表明(ming)(ming)，添加(jia)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)增(zeng)塑劑或某(mou)些改(gai)性(xing)(xing)(xing)劑，會一(yi)定程度(du)上(shang)降(jiang)低硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)的(de)(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)，但在(zai)(zai)將硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)加(jia)熱至130 ℃-140 ℃使(shi)(shi)其(qi)熔(rong)化的(de)(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)，添加(jia)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)增(zeng)塑劑或改(gai)性(xing)(xing)(xing)劑又會產生(sheng)有(you)害(hai)氣體(ti)(ti)，污染(ran)環境并影響人體(ti)(ti)健康。硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)的(de)(de)(de)(de)強度(du)不高，當硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)用(yong)量達35%時，即(ji)使(shi)(shi)摻(chan)加(jia)2%的(de)(de)(de)(de)金屬纖維，試件(jian)抗(kang)壓強度(du)仍只有(you)43.0 MPa。硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)試件(jian)成(cheng)性(xing)(xing)(xing)養護(hu)完成(cheng)后，若暴(bao)露(lu)熱循環環境下中(zhong)，其(qi)耐久(jiu)性(xing)(xing)(xing)會很差。硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)的(de)(de)(de)(de)熔(rong)融(rong)(rong)溫度(du)較低（130 ℃-140 ℃），所以硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)的(de)(de)(de)(de)耐火(huo)性(xing)(xing)(xing)差，若將其(qi)暴(bao)露(lu)在(zai)(zai)明(ming)(ming)火(huo)之中(zhong)，其(qi)表面的(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)將被(bei)燃燒掉。因此，若想安(an)全地應用(yong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)磺(huang)(huang)(huang)(huang)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)，還需(xu)對(dui)其(qi)進行(xing)增(zeng)強、增(zeng)韌，并采取有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)防火(huo)措施(shi)。
3.3 月球環境對(dui)混(hun)凝(ning)土的影響(xiang)
當(dang)科學家(jia)們(men)宣布(bu)已探測到(dao)月(yue)球(qiu)(qiu)南北兩極有(you)相當(dang)的(de)冰儲(chu)備量(liang)（0.1億t-3億t），人(ren)們(men)有(you)理(li)由相信，月(yue)球(qiu)(qiu)混凝土(tu)的(de)生(sheng)產用水(shui)問題應該能(neng)夠得到(dao)一定程度的(de)解決。在這種情況下，月(yue)球(qiu)(qiu)混凝土(tu)的(de)研(yan)制路線又回到(dao)了“骨料+水(shui)泥+水(shui)”的(de)傳統混凝土(tu)模式。
但是，月球失重狀況下(xia)，水泥(ni)的(de)(de)水化(hua)進程是否會受(shou)到影(ying)響(xiang)？水泥(ni)水化(hua)產(chan)物的(de)(de)結構和形(xing)貌如何？水泥(ni)混凝土強(qiang)度(du)發(fa)展(zhan)如何？這些問題激發(fa)了人們更大(da)的(de)(de)研究興趣。
為了解月(yue)球失重(zhong)狀態(tai)(tai)對混(hun)凝土內(nei)部水(shui)(shui)(shui)(shui)泥(ni)水(shui)(shui)(shui)(shui)化進(jin)(jin)程(cheng)的(de)影響(xiang)， 德國慕尼黑(hei)工業大(da)學 Plank J教授(shou)課題組的(de)Meier M R等在(zai)以拋物線飛(fei)(fei)行(xing)模式(shi)(shi)飛(fei)(fei)行(xing)的(de)飛(fei)(fei)機(ji)上(shang)進(jin)(jin)行(xing)了微小重(zhong)力(li)條(tiao)件對水(shui)(shui)(shui)(shui)泥(ni)早期(qi)水(shui)(shui)(shui)(shui)化影響(xiang)的(de)研(yan)究試驗(yan)，拋物線飛(fei)(fei)行(xing)的(de)模式(shi)(shi)如圖(tu)(tu)3所示。0時(shi)刻時(shi)，飛(fei)(fei)機(ji)開(kai)始上(shang)升。在(zai)飛(fei)(fei)機(ji)上(shang)升過程(cheng)中(zhong)，超重(zhong)力(li)（1.8 g）階段約為20 s。當上(shang)升角達到47°時(shi)，飛(fei)(fei)機(ji)發動機(ji)處(chu)于空轉狀態(tai)(tai)，飛(fei)(fei)機(ji)漂浮22 s，執行(xing)拋物線飛(fei)(fei)行(xing)，此時(shi)艙內(nei)屬于微重(zhong)力(li)狀態(tai)(tai)。當角度達到42°時(shi)，飛(fei)(fei)機(ji)退出拋物線，重(zhong)新回(hui)到水(shui)(shui)(shui)(shui)平飛(fei)(fei)行(xing)位(wei)置。機(ji)艙內(nei)在(zai)試驗(yan)裝(zhuang)置如圖(tu)(tu)4所示，它(ta)由三個(ge)(ge)注(zhu)射器(qi)組成(cheng)，其中(zhong)一(yi)(yi)個(ge)(ge)裝(zhuang)有5 g水(shui)(shui)(shui)(shui)泥(ni)，一(yi)(yi)個(ge)(ge)裝(zhuang)有5 mL去(qu)離(li)子水(shui)(shui)(shui)(shui)，另一(yi)(yi)個(ge)(ge)裝(zhuang)有10 mL丙(bing)酮。試驗(yan)中(zhong)，當力(li)為0 g時(shi)，立即將水(shui)(shui)(shui)(shui)注(zhu)入裝(zhuang)有水(shui)(shui)(shui)(shui)泥(ni)的(de)注(zhu)射器(qi)內(nei)，并通(tong)過輕(qing)微搖動使懸浮液混(hun)合均勻。10s后，將水(shui)(shui)(shui)(shui)從漿(jiang)液中(zhong)壓出，轉動閥門，注(zhu)入丙(bing)酮，并與(yu)脫水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)泥(ni)混(hun)合以終止其水(shui)(shui)(shui)(shui)化作用。整個(ge)(ge)試驗(yan)過程(cheng)必須在(zai)超重(zhong)力(li)開(kai)始前20 s內(nei)完成(cheng)。
圖3 飛機拋物(wu)線(xian)飛行模式
圖4 機艙(cang)內的試驗裝(zhuang)置
試驗結果發現，在(zai)(zai)微(wei)重力條件(jian)(jian)下(xia)(xia)水(shui)泥漿體(ti)(ti)內形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)徑比更大(da)，微(wei)重力似乎阻礙了鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)側面(mian)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)，這可能(neng)(neng)是由于在(zai)(zai)這種環(huan)境中沒(mei)有(you)(you)對(dui)流所造成(cheng)的(de)(de)(de)。由于離(li)(li)子轉移到晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)表面(mian)的(de)(de)(de)速(su)度較慢以及晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)速(su)度減慢，本體(ti)(ti)溶液在(zai)(zai)較長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)時(shi)(shi)間(jian)(jian)內保持著(zhu)過(guo)飽(bao)和(he)狀態。因此(ci)，在(zai)(zai)微(wei)重力條件(jian)(jian)下(xia)(xia)，均勻成(cheng)核的(de)(de)(de)持續(xu)(xu)時(shi)(shi)間(jian)(jian)較長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)，形(xing)成(cheng)了更多(duo)晶(jing)(jing)(jing)核。然而(er)，由于過(guo)飽(bao)和(he)度迅(xun)速(su)降低，這些晶(jing)(jing)(jing)核不能(neng)(neng)持續(xu)(xu)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)，晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)平均尺寸較小。在(zai)(zai)摻加(jia)聚(ju)羧(suo)酸系減水(shui)劑（PCE）的(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)(xia)，產物鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)徑比發生(sheng)(sheng)了顯著(zhu)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)，表明特(te)定晶(jing)(jing)(jing)面(mian)通過(guo)吸附(fu)PCE可部分(fen)地(di)阻止其生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)。他們認為(wei)這可以通過(guo)PCE占據的(de)(de)(de)表面(mian)和(he)數量不同來解釋(shi)。在(zai)(zai)微(wei)重力條件(jian)(jian)下(xia)(xia)，所有(you)(you)PCE（即使是陰(yin)離(li)(li)子電荷較低）對(dui)鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)的(de)(de)(de)影響均較強，而(er)在(zai)(zai)正常(chang)情況(kuang)下(xia)(xia)，只(zhi)有(you)(you)電荷量較大(da)的(de)(de)(de)陰(yin)離(li)(li)子聚(ju)合物才會對(dui)其產生(sheng)(sheng)強烈的(de)(de)(de)影響。因此(ci)，低陰(yin)離(li)(li)子電荷的(de)(de)(de)PCE在(zai)(zai)沒(mei)有(you)(you)重力的(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)(xia)更多(duo)地(di)影響鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)的(de)(de)(de)尺寸并(bing)顯示(shi)出(chu)“強失重效應(ying)”，如圖5所示(shi)。而(er)對(dui)鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)有(you)(you)強烈吸附(fu)作用的(de)(de)(de)PCE，其在(zai)(zai)地(di)面(mian)和(he)微(wei)重力條件(jian)(jian)下(xia)(xia)都能(neng)(neng)顯著(zhu)抑制(zhi)鈣(gai)(gai)礬(fan)(fan)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)。晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)動力學(xue)已(yi)被(bei)“強PCE效應(ying)”減速(su)時(shi)(shi)，微(wei)重力的(de)(de)(de)附(fu)加(jia)效應(ying)對(dui)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)(chang)(chang)已(yi)沒(mei)有(you)(you)太(tai)大(da)影響。
圖(tu)5 重力和PCE吸附對(dui)離子向鈣礬石晶(jing)核表面遷移的影響(xiang)
4 展望
人類對月球(qiu)（甚至(zhi)火(huo)星）等可能讓生(sheng)物生(sheng)存(cun)的(de)探索力度越來越大，步伐(fa)也(ye)在加快(kuai)。盡(jin)快(kuai)創造條件建設月球(qiu)基地(di)（甚至(zhi)移民到火(huo)星），是各國(guo)的(de)偉(wei)大夢想，也(ye)引起(qi)21世紀世界大國(guo)間的(de)科技之爭(zheng)。建設月球(qiu)基地(di)首先要(yao)解決建筑材料，月球(qiu)混凝(ning)土將在其中扮演(yan)至(zhi)關(guan)重要(yao)的(de)角色。
月(yue)球(qiu)混凝(ning)土(tu)的(de)(de)概念并非新奇，然而在(zai)研(yan)究(jiu)的(de)(de)過程中仍(reng)有(you)許多問題(ti)亟待解(jie)決，例如月(yue)球(qiu)混凝(ning)土(tu)材料、結構與性能之間關系的(de)(de)理論體系，微(wei)小(xiao)重(zhong)力條件(jian)下攪拌、成(cheng)型和養護問題(ti)。微(wei)小(xiao)重(zhong)力條件(jian)下水泥的(de)(de)水化、硬化和強度建(jian)立問題(ti)等。
雖已有關(guan)于(yu)微(wei)小重(zhong)力(li)條件(jian)對水(shui)(shui)泥(ni)早期水(shui)(shui)化(hua)的(de)(de)影響的(de)(de)些許研究成果，但在未來(lai)的(de)(de)研究工作中，應該必須延長到更長的(de)(de)時間段，在混(hun)(hun)凝土的(de)(de)整(zheng)個塑性階段和(he)硬化(hua)階段內觀察鈣礬石、氫氧化(hua)鈣和(he)水(shui)(shui)化(hua)硅酸鈣的(de)(de)生(sheng)長，以(yi)獲(huo)得更多關(guan)于(yu)硬化(hua)水(shui)(shui)泥(ni)漿體(ti)微(wei)觀結構發展的(de)(de)信息。真(zhen)空環境下混(hun)(hun)凝土的(de)(de)干燥收(shou)縮(suo)量將會(hui)特別大，產生(sheng)干燥收(shou)縮(suo)裂紋(wen)的(de)(de)可能性也會(hui)很大，如何防止其產生(sheng)干燥裂紋(wen)需要(yao)我們慎重(zhong)考慮(lv)。
還有(you)，在(zai)月(yue)球表面(mian)如(ru)何正確檢測和評價(jia)水泥、骨料(liao)、混凝土及其他建筑材(cai)料(liao)的性(xing)能，似乎也(ye)應該提上(shang)議事議程了。
不管(guan)有(you)多難，人類建設(she)月球基地，甚至移民(min)到(dao)火星(xing)的夢想終將實(shi)現！希望(wang)更多土木工程材料研究工作(zuo)者引領和參與到(dao)月球混凝(ning)土、火星(xing)混凝(ning)土的研究工作(zuo)中。
文章(zhang)內容(rong)來(lai)自(zi)網(wang)絡，如有(you)侵權請聯(lian)系管理員
標簽：
官網微信
