3.1 拋光截面的制作

為了能夠用數(shù)字圖像分析來(lái)對(duì)泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，首先必須將氣孔用染色的環(huán)氧樹(shù)脂飽和。樣本首先在烘干箱內(nèi)烘干。去除孔隙通道內(nèi)的水是必要的，因?yàn)樗蓴_了環(huán)氧樹(shù)脂的滲透和聚合。干燥樣品隨后放入模具，送入真空室。環(huán)氧樹(shù)脂灌注進(jìn)模具中直到樣品完全被淹沒(méi)。一段時(shí)間后，真空緩慢取代空氣，使環(huán)氧樹(shù)脂壓到氣孔中。當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂硬化后，移除模具，表面的橫截面得以完整的呈現(xiàn)。

3.2 數(shù)字圖像分析

數(shù)字圖像分析技術(shù)通過(guò)水泥基體和充滿(mǎn)染色環(huán)氧樹(shù)脂之間差異的對(duì)比檢測(cè)了氣孔。通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)橫截面每個(gè)氣孔的分析測(cè)定了氣孔的性質(zhì)。

3.3 壓汞孔隙度

為測(cè)定孔徑分布，我們使用了壓汞法。因此樣品首先在烘干箱內(nèi)烘干。隨后樣品被放進(jìn)了一個(gè)后來(lái)被高達(dá)200兆帕壓力的汞充滿(mǎn)的膨脹計(jì)。小至4納米的孔徑都可以被測(cè)定。

3.4 掃描電子顯微鏡

成像是在高真空下涂抹了導(dǎo)電涂層條件下形成的。對(duì)樣品進(jìn)行了覆蓋碳和金涂層的導(dǎo)電處理。掃描電子顯微鏡的加速電壓是15KV。

4 結(jié)果與討論

硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)是由基體和氣孔的三維織構(gòu)構(gòu)成的。氣孔區(qū)域是由凝膠孔、毛細(xì)孔和氣孔組成的。凝膠孔和毛細(xì)孔的存在是造成微觀特性的主要原因。至于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，相同的基本途徑維持了他們對(duì)礦物結(jié)合泡沫混凝土的有效性，因?yàn)樗麄円呀?jīng)發(fā)展到應(yīng)用于高性能混凝土或甚至超高性能混凝土上。本文的重點(diǎn)是針對(duì)特制結(jié)構(gòu)的孔隙區(qū)域及其微孔結(jié)構(gòu)。

具有多孔結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)特性的礦物結(jié)合泡沫材料已經(jīng)確立了他們?cè)诮ㄖ袠I(yè)的地位。這些質(zhì)地細(xì)密的混凝土依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)在已不再有效的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN4164。他們將質(zhì)量密度≤2000 kg/m3的混凝土列為輕質(zhì)混凝土[14]。受制于生產(chǎn)過(guò)程，礦物結(jié)合泡沫材料被稱(chēng)為蒸壓加氣礦物結(jié)合混凝土或泡沫混凝土。這些建材的特點(diǎn)將在[4,7-12,14]中描述。

在本文中，我們提出了一種方法來(lái)控制氣硬性礦物結(jié)合泡沫混凝土的特性，這有助于擴(kuò)大這些建材的應(yīng)用類(lèi)型。通過(guò)這種方法，將使眾所周知的制造流程得到進(jìn)一步發(fā)展，以此新產(chǎn)生的輕量級(jí)混凝土將得到可重現(xiàn)的特點(diǎn)。這樣，現(xiàn)代建筑任務(wù)的要求得以滿(mǎn)足，當(dāng)然也包括設(shè)計(jì)領(lǐng)域。為描述和評(píng)價(jià)礦物結(jié)合泡沫材料的微觀結(jié)構(gòu)，光學(xué)顯微鏡與數(shù)字圖像分析相結(jié)合[16]以及掃描電子顯微鏡是合適的工具。

 2 技術(shù)基礎(chǔ)

泡沫是一種由氣體、液體和/或氣體和固體組成的分散系統(tǒng)，其中氣體體積的比例占主導(dǎo)地位。在所有泡沫中，每一個(gè)氣泡都有一個(gè)封閉的空腔，和相鄰氣泡之間沒(méi)有氣體連接。在泡沫中，氣體是一個(gè)間歇性或者分散的相，而連續(xù)相以基質(zhì)或液相[8]存在。

圖1—-根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行的礦物結(jié)合泡沫混凝土分類(lèi)

圖1顯示了根據(jù)制造過(guò)程來(lái)對(duì)礦物結(jié)合泡沫材料進(jìn)行的分類(lèi)。在新拌水泥漿體中形成氣泡的過(guò)程是至關(guān)重要的?；瘜W(xué)擴(kuò)散，以及物理或方法機(jī)械發(fā)泡是眾所周知的方法且而技術(shù)發(fā)展十分成熟。蒸壓加氣混凝土主要基于自流平細(xì)砂漿，石英砂，水泥和/或石灰和加入水中的通常是鋁粉的發(fā)泡劑。穩(wěn)定的材料固化后從其模具中移除到充滿(mǎn)高壓飽和蒸汽氛圍的蒸壓釜中幾個(gè)小時(shí)，從而獲得其較終性能[14,15]。

泡沫混凝土要得到其結(jié)構(gòu)是通過(guò)使用泡沫發(fā)生器或向水泥漿體引入發(fā)泡劑，用快速旋轉(zhuǎn)的攪拌混合器發(fā)泡實(shí)現(xiàn)的。漿體由膠凝材料（通常是水泥）、級(jí)配合理的石英砂、水和泡沫外加劑組成的。發(fā)泡成型后，混凝土在正常大氣條件下硬化。

在機(jī)械發(fā)泡過(guò)程中，泡沫劑被添加到砂漿中。無(wú)數(shù)的氣泡通過(guò)高速攪拌機(jī)機(jī)械的引入。一個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定的泡沫會(huì)發(fā)展為一個(gè)不規(guī)則和未定義的孔結(jié)構(gòu)[11]。在實(shí)踐中，更常見(jiàn)的制造方法是物理發(fā)泡。預(yù)先制備的由水和化學(xué)外加劑組成的泡沫以外加組分形式混合到砂漿中。在這些條件下，會(huì)產(chǎn)生更穩(wěn)定和具有優(yōu)良細(xì)孔的砂漿[11] 。

蒸壓加氣混凝土常用于建筑砌塊、墻壁和天花板、非承重結(jié)構(gòu)以及鋼筋增強(qiáng)結(jié)構(gòu)組分。這些建筑單元用于建房和工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)中。目前泡沫混凝土的主要應(yīng)用領(lǐng)域是回填和找平。到目前為止，還不能用合適的材料實(shí)現(xiàn)其作為建筑結(jié)構(gòu)材料用于承重結(jié)構(gòu)單元中。

泡沫的孔隙特性對(duì)礦物結(jié)合泡沫材料的物理力學(xué)特性影響顯著。重要的不僅僅是強(qiáng)調(diào)氣孔，而且還有毛細(xì)管和凝膠孔隙的特征。氣硬性泡沫混凝土技術(shù)應(yīng)用的可能性強(qiáng)烈的限制于其物理力學(xué)特性。一方面，這歸結(jié)于高水含量的新拌砂漿，另一方面歸結(jié)于產(chǎn)生泡沫方法的不足，這些方法用今天的一般操作程序不能保證較佳的孔隙分布。

對(duì)于作為承重建筑單元應(yīng)用很有必要的強(qiáng)度目前只能在飽和蒸汽的氣氛中以大約190℃，1.2N/mm2來(lái)蒸壓硬化獲得。除此之外，將Ca(OH)2和SiO2轉(zhuǎn)化為硅酸鹽水合物（CSH）的轉(zhuǎn)換也可能是由這個(gè)過(guò)程得到的，它也降低了固體的收縮趨勢(shì)。

孔隙率，這里特別指氣孔率，對(duì)于加氣混凝土來(lái)說(shuō)受控于發(fā)泡鋁粉的添加量和顆粒尺寸。因此，總氣孔面積和孔隙大小分布是可以調(diào)節(jié)的。氣孔分布上，化學(xué)發(fā)泡相對(duì)于物理發(fā)泡提供了更高的規(guī)律性和較高的重現(xiàn)性。

這種認(rèn)識(shí)導(dǎo)致的結(jié)論是：礦物結(jié)合、空氣養(yǎng)護(hù)的泡沫混凝土，要保證提高其特性，較好通過(guò)化學(xué)擴(kuò)散來(lái)制造。新制泡沫混凝土的高含水量阻礙了具有緊密結(jié)構(gòu)的硬化水泥基體的產(chǎn)生。為了確保有一個(gè)結(jié)構(gòu)致密的水泥基體，降低含水量是很有必要的。這也帶來(lái)了矛盾，這只能通過(guò)使用化學(xué)外加劑轉(zhuǎn)化到泡沫中。

3 材料與方法被研究的泡沫混凝土由一個(gè)不含骨料的水泥漿組成。一些部分添加了摻合料和添加劑。表1列出了生產(chǎn)出砂漿混合物的材料。依據(jù)EN197-1標(biāo)準(zhǔn)制造的CEMI42.5R水泥被用來(lái)作為膠凝材料。通過(guò)使用不同粒度的鋁粉，氣孔分布在硬化材料中是可控的，而氣孔量是由總量調(diào)整的。