本文介绍了一项关于高温养护对陶粒混凝土性能影响的研究，该研究由Lidan Fan、Zijian Zhang、Yongqiang Yu、Peitao Li和Tom Cosgrove共同完成，分别来自河南理工大学深部矿井建设重点实验室、河南理工大学土木工程学院以及爱尔兰利默里克大学土木工程与材料科学系。该研究于2017年发表在《Construction and Building Materials》期刊上，旨在探讨高温环境下陶粒混凝土的性能变化及其在喷射混凝土衬砌中的应用潜力。

研究背景与目的

随着矿井和隧道工程的深入发展，高温地热环境下的施工需求日益增加。高温不仅影响施工过程，还会对喷射混凝土衬砌的力学性能和耐久性产生显著影响。陶粒混凝土因其轻质、保温性能好等优点，被认为在高温地热环境中具有潜在的应用价值。然而，目前关于轻骨料混凝土（LWAC）在高温环境下的性能研究较少，尤其是陶粒混凝土在高温养护条件下的性能变化尚未得到系统研究。因此，本研究旨在通过实验探讨高温养护对陶粒混凝土性能的影响，并为其在高温地热环境中的应用提供理论支持。

研究方法与流程

研究首先通过正交实验确定了陶粒混凝土在20°C、40°C和60°C养护温度下的最佳配合比。实验考虑了四个因素：养护温度（A）、水灰比（B）、水泥用量（C）和砂骨料比（D），每个因素设置了三个水平。实验中使用了一种高性能聚羧酸减水剂，并在后续实验中加入了速凝剂以加速混凝土的硬化过程。

实验流程包括以下几个步骤： 1. 正交实验设计：通过正交实验确定不同养护温度下陶粒混凝土的最佳配合比。 2. 混凝土制备与养护：根据正交实验结果制备陶粒混凝土试件，并在20°C、40°C和60°C下进行养护。 3. 性能测试：测试不同养护龄期下混凝土的抗压强度、抗渗性、氯离子渗透抗性以及热导率等性能指标。 4. 微观结构分析：使用扫描电子显微镜（SEM）和压汞法（MIP）分析混凝土的微观结构变化。

主要结果

1. 抗压强度：研究发现，随着养护温度的升高，陶粒混凝土的长期抗压强度显著下降。特别是在60°C养护条件下，混凝土的长期抗压强度显著低于20°C养护条件下的强度。加入速凝剂后，40°C养护条件下的混凝土强度也出现了下降。
2. 抗渗性与保温性能：陶粒混凝土表现出良好的抗渗性和保温性能。随着养护温度的升高，抗渗性有所下降，而保温性能则有所提高。
3. 微观结构变化：通过SEM和MIP分析发现，高温养护条件下混凝土的孔隙率增加，微观结构变得不均匀，这导致了长期强度的下降。

结论与意义

研究表明，陶粒混凝土在高温地热环境中具有良好的应用潜力，尤其是在喷射混凝土衬砌中。尽管高温养护会导致混凝土的长期强度下降，但其优异的抗渗性和保温性能使其在高温环境下仍具有较高的应用价值。此外，研究还建立了陶粒混凝土抗压强度与养护温度之间的函数关系，为预测陶粒混凝土在高温环境中的性能提供了参考。

研究亮点

1. 创新性：本研究首次系统探讨了高温养护对陶粒混凝土性能的影响，填补了该领域的研究空白。
2. 应用价值：研究结果为陶粒混凝土在高温地热环境中的应用提供了理论依据，尤其是在矿井和隧道工程中的喷射混凝土衬砌方面。
3. 微观机制分析：通过SEM和MIP分析，揭示了高温养护条件下混凝土微观结构的变化及其对力学性能的影响机制。

其他有价值的内容

研究还发现，陶粒混凝土的热导率较低（0.40–0.46 W/(m·K)），远低于普通混凝土的热导率（约1.5 W/(m·K)），这进一步验证了其在高温环境中的优异保温性能。此外，研究还探讨了速凝剂对混凝土性能的影响，发现速凝剂会加剧高温养护条件下的强度损失。

总的来说，本研究为陶粒混凝土在高温地热环境中的应用提供了重要的实验数据和理论支持，具有较高的科学价值和工程应用前景。