3.1 拋光截面的制作

為了能夠用數(shù)字圖像分析來對泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，首先必須將氣孔用染色的環(huán)氧樹脂飽和。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)氧樹脂灌注進(jìn)模具中直到樣品完全被淹沒。一段時間后，真空緩慢取代空氣，使環(huán)氧樹脂壓到氣孔中。當(dāng)環(huán)氧樹脂硬化后，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)通過水泥基體和充滿染色環(huán)氧樹脂之間差異的對比檢測了氣孔。通過光學(xué)顯微鏡對橫截面每個氣孔的分析測定了氣孔的性質(zhì)。

3.3 壓汞孔隙度

為測定孔徑分布，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)了一個后來被高達(dá)200兆帕壓力的汞充滿的膨脹計。小至4納米的孔徑都可以被測定。

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)確立了他們在建筑行業(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)過程，礦物結(jié)合泡沫材料被稱為蒸壓加氣礦物結(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)用類型。通過這種方法，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)的要求得以滿足，當(dāng)然也包括設(shè)計領(lǐng)域。為描述和評價礦物結(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，每一個氣泡都有一個封閉的空腔，和相鄰氣泡之間沒有氣體連接。在泡沫中，氣體是一個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)過程進(jìn)行的礦物結(jié)合泡沫混凝土分類

圖1顯示了根據(jù)制造過程來對礦物結(jié)合泡沫材料進(jìn)行的分類。在新拌水泥漿體中形成氣泡的過程是至關(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高壓飽和蒸汽氛圍的蒸壓釜中幾個小時，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)泡過程中，泡沫劑被添加到砂漿中。無數(shù)的氣泡通過高速攪拌機(jī)機(jī)械的引入。一個相對不穩(wěn)定的泡沫會發(fā)展為一個不規(guī)則和未定義的孔結(jié)構(gòu)[11]。在實(shí)踐中，更常見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)換也可能是由這個過程得到的，它也降低了固體的收縮趨勢。

孔隙率，這里特別指氣孔率，對于加氣混凝土來說受控于發(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，較好通過化學(xué)擴(kuò)散來制造。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。這也帶來了矛盾，這只能通過使用化學(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水泥被用來作為膠凝材料。通過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。