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然而，值得注意的是，硫磺混凝土在技術(shù)方面仍存在一定的局限性。在硫磺混凝土施工成型的過程中，硫磺（S）由熔融液態(tài)冷卻至固態(tài)狀態(tài)時，會發(fā)生β晶型（單斜硫）向α晶型（斜方硫）轉(zhuǎn)變的過程，這一過程造成較大的固相體積收縮，晶粒間產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會導致微裂紋。包含有較多微裂紋的硫磺混凝土在應(yīng)用中受力可能發(fā)生脆性破壞。研究表明，添加硫磺增塑劑或某些改性劑，會一定程度上降低硫磺混凝土的脆性，但在將硫磺加熱至130 ℃-140 ℃使其熔化的過程中，添加硫磺增塑劑或改性劑又會產(chǎn)生有害氣體，污染環(huán)境并影響人體健康。硫磺混凝土的強度不高，當硫磺混凝土中的硫磺用量達35%時，即使摻加2%的金屬纖維，試件抗壓強度仍只有43.0 MPa。硫磺混凝土試件成性養(yǎng)護完成后，若暴露熱循環(huán)環(huán)境下中，其耐久性會很差。硫磺的熔融溫度較低（130 ℃-140 ℃），所以硫磺混凝土的耐火性差，若將其暴露在明火之中，其表面的硫磺將被燃燒掉。因此，若想安全地應(yīng)用硫磺混凝土，還需對其進行增強、增韌，并采取有效的防火措施。

3.3 月球環(huán)境對混凝土的影響

當科學家們宣布已探測到月球南北兩極有相當?shù)谋鶅淞浚?.1億t-3億t），人們有理由相信，月球混凝土的生產(chǎn)用水問題應(yīng)該能夠得到一定程度的解決。在這種情況下，月球混凝土的研制路線又回到了“骨料+水泥+水”的傳統(tǒng)混凝土模式。

但是，月球失重狀況下，水泥的水化進程是否會受到影響？水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌如何？水泥混凝土強度發(fā)展如何？這些問題激發(fā)了人們更大的研究興趣。

為了解月球失重狀態(tài)對混凝土內(nèi)部水泥水化進程的影響， 德國慕尼黑工業(yè)大學 Plank J教授課題組的Meier M R等在以拋物線飛行模式飛行的飛機上進行了微小重力條件對水泥早期水化影響的研究試驗，拋物線飛行的模式如圖3所示。0時刻時，飛機開始上升。在飛機上升過程中，超重力（1.8 g）階段約為20 s。當上升角達到47°時，飛機發(fā)動機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，飛機漂浮22 s，執(zhí)行拋物線飛行，此時艙內(nèi)屬于微重力狀態(tài)。當角度達到42°時，飛機退出拋物線，重新回到水平飛行位置。機艙內(nèi)在試驗裝置如圖4所示，它由三個注射器組成，其中一個裝有5 g水泥，一個裝有5 mL去離子水，另一個裝有10 mL丙酮。試驗中，當力為0 g時，立即將水注入裝有水泥的注射器內(nèi)，并通過輕微搖動使懸浮液混合均勻。10s后，將水從漿液中壓出，轉(zhuǎn)動閥門，注入丙酮，并與脫水水泥混合以終止其水化作用。整個試驗過程必須在超重力開始前20 s內(nèi)完成。

圖3 飛機拋物線飛行模式

圖4 機艙內(nèi)的試驗裝置

試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在微重力條件下水泥漿體內(nèi)形成的鈣礬石晶體的長徑比更大，微重力似乎阻礙了鈣礬石側(cè)面的生成，這可能是由于在這種環(huán)境中沒有對流所造成的。由于離子轉(zhuǎn)移到晶體表面的速度較慢以及晶體生長速度減慢，本體溶液在較長時間內(nèi)保持著過飽和狀態(tài)。因此，在微重力條件下，均勻成核的持續(xù)時間較長，形成了更多晶核。然而，由于過飽和度迅速降低，這些晶核不能持續(xù)生長，晶體的平均尺寸較小。在摻加聚羧酸系減水劑（PCE）的情況下，產(chǎn)物鈣礬石晶體的長徑比發(fā)生了顯著的變化，表明特定晶面通過吸附PCE可部分地阻止其生長。他們認為這可以通過PCE占據(jù)的表面和數(shù)量不同來解釋。在微重力條件下，所有PCE（即使是陰離子電荷較低）對鈣礬石晶體生長的影響均較強，而在正常情況下，只有電荷量較大的陰離子聚合物才會對其產(chǎn)生強烈的影響。因此，低陰離子電荷的PCE在沒有重力的情況下更多地影響鈣礬石的尺寸并顯示出“強失重效應(yīng)”，如圖5所示。而對鈣礬石有強烈吸附作用的PCE，其在地面和微重力條件下都能顯著抑制鈣礬石晶體的生長。晶體生長動力學已被“強PCE效應(yīng)”減速時，微重力的附加效應(yīng)對晶體生長已沒有太大影響。

圖5 重力和PCE吸附對離子向鈣礬石晶核表面遷移的影響

4 展望

人類對月球（甚至火星）等可能讓生物生存的探索力度越來越大，步伐也在加快。盡快創(chuàng)造條件建設(shè)月球基地（甚至移民到火星），是各國的偉大夢想，也引起21世紀世界大國間的科技之爭。建設(shè)月球基地首先要解決建筑材料，月球混凝土將在其中扮演至關(guān)重要的角色。

月球混凝土的概念并非新奇，然而在研究的過程中仍有許多問題亟待解決，例如月球混凝土材料、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的理論體系，微小重力條件下攪拌、成型和養(yǎng)護問題。微小重力條件下水泥的水化、硬化和強度建立問題等。

雖已有關(guān)于微小重力條件對水泥早期水化的影響的些許研究成果，但在未來的研究工作中，應(yīng)該必須延長到更長的時間段，在混凝土的整個塑性階段和硬化階段內(nèi)觀察鈣礬石、氫氧化鈣和水化硅酸鈣的生長，以獲得更多關(guān)于硬化水泥漿體微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展的信息。真空環(huán)境下混凝土的干燥收縮量將會特別大，產(chǎn)生干燥收縮裂紋的可能性也會很大，如何防止其產(chǎn)生干燥裂紋需要我們慎重考慮。

還有，在月球表面如何正確檢測和評價水泥、骨料、混凝土及其他建筑材料的性能，似乎也應(yīng)該提上議事議程了。

不管有多難，人類建設(shè)月球基地，甚至移民到火星的夢想終將實現(xiàn)！希望更多土木工程材料研究工作者引領(lǐng)和參與到月球混凝土、火星混凝土的研究工作中。

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