刘娟红等：富水充填材料蠕变及其硬化体内水分损失特征 ·605· 图4水固质量比2.0的富水充填材料28d龄期蠕变后扫描电镜照片.(a)0.5MPa的应力水平：(b)1.0MPa的应力水平：(c)1.5MPa的 应力水平：(d)1.96MPa的应力水平 Fig.4 SEM images of water-rich filling materials with a 2.0 watertoolid mass ratio and a28d age under different stress levels:(a)0.5 MPa:(b) 1.0 MPa:(c)1.5 MPa;(d)1.96 MPa 比为2.0的富水充填材料28d龄期的差热一热重曲线， 水含量.70~220℃和220~285℃为钙矾石及铝胶脱 图6和图7分别是水固质量比为2.0的富水充填材料 水过程（其失重量分别为A和B),380℃左右和750℃ 28d龄期蠕变前后的差热曲线和热重曲线.可以看 左右为氢氧化钙分解过程（其失重量为C),则结合水 出：蠕变前后富水充填材料的差热一热重曲线趋势基 总质量分数=A+B+C.此结合水总质量分数为烘干 本一致.从差热曲线可以看出，70~220℃、220~285 非结合水后的试样中结合水的质量分数，计算结果见 ℃、380℃左右与750℃左右分别出现四个吸热峰.对 表3. 应相同温度条件下，热重曲线上出现四个下降平台段， 100 14 并且700℃以后热重曲线基本为平行线，即不再有热 80 重损失.70℃以前，热重损失为零，这是因为差热一热 3 重分析样品已经过烘干处理，非结合水已蒸发 60 一般认为钙矾石在高温下的脱水过程主要分为五 0 步：第1步，缓慢脱水过程，发生在87℃以前，脱去6 个水分子：第2步，迅速脱水过程，发生在87~135℃， …热承曲线 20 吸热速率逐渐增大，至135℃达到最大，此过程共失去 一差热曲线 15~17个水分子：第3步，135~159℃，钙多面体中配 0 200400600 80010001200 位水逐渐失去：第4步，159~220℃，沟槽中两个紧密 温度/℃ 结晶水脱去，共失去26个水分子，除了点阵结合水以 图5 水固质量比为2.0的富水充填材料28d龄期的差热一热重 外，其他的水全部脱去：第5步，220~700℃以0Hˉ结 曲线 合在铝柱中的点阵结合水逐步失去，钙矾石最终转化 Fig.5 DTA-TG curves of water-rich filling materials with a 2.0 wa- 为无水矿物图 ter-o-solid mass ratio and a 28 d age 由图5~7可看出，钙矾石晶体在70~220℃之间 从表3中可以看出，蠕变前后，结合水含量差别不 失去它大部分的结合水，220℃以后有晶格缓慢的脱 大.这说明在蠕变过程中钙矾石并不会脱去结合水， 水失重过程，吸热峰远小于70~220℃的吸热峰.根据 蠕变不会对富水充填材料中的结合水含量造成影响. 吸热峰对应的热重曲线上热重损失，可以计算出结合 当外界荷载作用达到临界值时，虽然会导致富水充填刘娟红等: 富水充填材料蠕变及其硬化体内水分损失特征 图 4 水固质量比 2. 0 的富水充填材料 28 d 龄期蠕变后扫描电镜照片． ( a) 0. 5 MPa 的应力水平; ( b) 1. 0 MPa 的应力水平; ( c) 1. 5 MPa 的 应力水平; ( d) 1. 96 MPa 的应力水平 Fig． 4 SEM images of water-rich filling materials with a 2. 0 water-to-solid mass ratio and a 28 d age under different stress levels: ( a) 0. 5 MPa; ( b) 1. 0 MPa; ( c) 1. 5 MPa; ( d) 1. 96 MPa 比为2. 0 的富水充填材料28 d 龄期的差热--热重曲线， 图 6 和图 7 分别是水固质量比为 2. 0 的富水充填材料 28 d 龄期蠕变前后的差热曲线和热重曲线． 可以看 出: 蠕变前后富水充填材料的差热--热重曲线趋势基 本一致． 从差热曲线可以看出，70 ～ 220 ℃、220 ～ 285 ℃、380 ℃左右与 750 ℃左右分别出现四个吸热峰． 对 应相同温度条件下，热重曲线上出现四个下降平台段， 并且 700 ℃以后热重曲线基本为平行线，即不再有热 重损失． 70 ℃以前，热重损失为零，这是因为差热--热 重分析样品已经过烘干处理，非结合水已蒸发． 一般认为钙矾石在高温下的脱水过程主要分为五 步: 第 1 步，缓慢脱水过程，发生在 87 ℃ 以前，脱去 6 个水分子; 第 2 步，迅速脱水过程，发生在 87 ～ 135 ℃， 吸热速率逐渐增大，至 135 ℃达到最大，此过程共失去 15 ～ 17 个水分子; 第 3 步，135 ～ 159 ℃，钙多面体中配 位水逐渐失去; 第 4 步，159 ～ 220 ℃，沟槽中两个紧密 结晶水脱去，共失去 26 个水分子，除了点阵结合水以 外，其他的水全部脱去; 第 5 步，220 ～ 700 ℃ 以 OH － 结 合在铝柱中的点阵结合水逐步失去，钙矾石最终转化 为无水矿物［18］． 由图 5 ～ 7 可看出，钙矾石晶体在 70 ～ 220 ℃ 之间 失去它大部分的结合水，220 ℃ 以后有晶格缓慢的脱 水失重过程，吸热峰远小于70 ～ 220 ℃的吸热峰． 根据 吸热峰对应的热重曲线上热重损失，可以计算出结合 水含量． 70 ～ 220 ℃和 220 ～ 285 ℃ 为钙矾石及铝胶脱 水过程( 其失重量分别为 A 和 B) ，380 ℃左右和 750 ℃ 左右为氢氧化钙分解过程( 其失重量为 C) ，则结合水 总质量分数 = A + B + C． 此结合水总质量分数为烘干 非结合水后的试样中结合水的质量分数，计算结果见 表 3． 图 5 水固质量比为 2. 0 的富水充填材料 28 d 龄期的差热--热重 曲线 Fig． 5 DTA--TG curves of water-rich filling materials with a 2. 0 wa￾ter-to-solid mass ratio and a 28 d age 从表 3 中可以看出，蠕变前后，结合水含量差别不 大． 这说明在蠕变过程中钙矾石并不会脱去结合水， 蠕变不会对富水充填材料中的结合水含量造成影响． 当外界荷载作用达到临界值时，虽然会导致富水充填 · 506 ·