月球水泥混凝土制备及其性能的研究

摘要

建设月球基地将是一项宏伟而庞大的航天工程，需要花费巨大的财力、人力和物力，只有研究出低成本的建设施工方法，月球基地建设才有可能实现。一些研究者对月球环境下的水泥及混凝土的研究表明，混凝土是一种可以适应月球环境的材料。根据月岩样品及大量有关资料的研究与分析，确定月球上存在含SiO2成分多的表层土、砂或岩石等硅质材料。利用月球上的硅质材料和带上去的硅酸盐水泥及石灰等胶凝材料，采用干拌蒸压养护法可以研制适合月球的水泥及混凝土，从而降低建设月球基地的费用，为未来月球基地建设服务。因而月球水泥和混凝土的制备及其性能的研究具有重要意义。
　　 本文采用干拌蒸压养护法，即先干拌适当比例的硅酸盐水泥和粗细骨料，手工将其加入试模中，适当捣实，放入蒸压釜内用高温高压蒸汽(105～200℃的饱和蒸汽)养护，约在24h内即可完成水化和固化，研究了干拌蒸压养护法对月球水泥和混凝土性能的影响，并通过抗压强度的测定、表观密度和孔结构等物理性能的测定以及XRD衍射图谱分析，研究了其水化硬化机理和产生强度的机理。结果表明：
　　 (1)在设定的蒸压温度(140～216℃)和蒸压时间(6～12h)下，随着蒸压温度的提高和蒸压时间的延长，采用干拌蒸压养护法制得普通硅酸盐水泥硬化浆体的抗压强度、表观密度、水灰比、非蒸发水与水泥质量比、氢氧化钙含量和水化程度均得到提高。
　　 (2)在第一阶段蒸压温度为140℃时持续3h和第二阶段蒸压温度为213℃时持续9h的条件下，普通硅酸盐水泥硬化浆体试样的抗压强度可以达到120.5MPa，比对比试样提高139％；测得干表观密度为1.98g/cm3，稍低于对比试样；水灰比W/C或非蒸发水与水泥质量比Wn/C为0.176或0.134，远低于水泥完全水化时的测定值；氢氧化钙含量为23.9％，较对比试样稍低；水化程度测定值只有60％。
　　 (3)随着晶态硅质材料掺量的增加，采用干拌蒸压养护法制得水泥硬化浆体的强度出现先增后降的规律。例如采用磨细石英砂作为掺合料时，最佳掺量为20％，最高抗压强度为152.1MPa，与不掺磨细石英砂的试样相比，强度提高9.3％。与湿拌的相比，强度提高116.7％。
　　 (4)在相同掺合料及取代率条件下，采用干拌蒸压养护法制得水泥硬化浆体的抗压强度最大，水泥砂浆次之，水泥混凝土最小。干拌蒸压养护法对水泥硬化浆体抗压强度的提高作用明显。