月球用水泥及混凝土的探索和设计.pdf
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1、全国中文核心期刊 新 建巍 粉 月球用水泥及混凝士的探索和设计 叶青 “ , 杨慧 , 马成畅 ( 1 浙江工业大学 建筑工程学院, 浙江 杭州3 1 0 0 1 4 ; 2 浙江 工业大学浙西分校 建筑工程系, 浙江 衙 州3 2 4 0 0 0 ) 摘要: 在总结现有研究的基础上, 设想在月球环境下制造水泥及其混凝土。 结合月球实际, 设想利用月球表面的硅质材料, 通过 干拌蒸汽养护或蒸压养护法 和碱性激 发材料 ( 硅 酸盐水泥 、 石灰 、 氧化钠 、 硅酸钠等) 激发 , 探索和设计 适用于月球的蒸压养护大掺 量硅质材料 的硅酸盐水泥混凝 土、 蒸压养护硅酸盐混凝土和蒸汽养护或蒸压养
2、护土聚水泥混凝土 , 为未来月球基地建设服务。 关键词 : 月球水泥; 月球混凝土; 干拌蒸压养护法; 硅质材料; 碱性激发材料 中图分 类号 : T U 5 2 8 文献标识码 : A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 1 6 0 4 Ex p i o r a t i o n a n d d e s i g n o f c e me n t a n d c o n c r e t e f o r t he l u n a r e n v i r o n me n t Y E Q i , Y A N G H u i 1 , M A C h e n
3、 g c h a n f ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Z h i a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 4 , Z h e j i a n g , C h i n a : 2 D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g , We s t B r a n c h o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t
4、 y o f T e c h n o l o gy, Q u z h o u 3 2 4 0 0 0 , Z h e j i a n g , C h i n a ) Abs t r a c t : On t h e b a s i s o f r e v i e wi n g s o me e x i s t i n g r e s e a r c h e s , t h e p r o d uc i n g o f c e me n t a n d c o n c r e t e i n l u n ar e n v i r o n me n t i s a s s u me d I n c
5、 o mbi n a t i o n wi t h t h e a c t u a l c o n d i t i o n o f l u n a r e n v i r o n me n t , wi t h t h e ass u mp t i o n o f ma k i n g u s e o f t h e s i l i c e o u s m a t e ri als o n t h e l u n ar s u r f a c e , a n d t h r o u g h d r y mi x s t e a m i n j e c t i o n o r a u t o c
6、 l a v e c u r i n g a n d alk al i - a c t i v a t e d m a t e ri a l s ( P o r t l and c e me n t , l i me, s o d i u m o x i d e a n d s o d i u m s i l i c a t e a n d S O o n ) a c t i v a t i n g , a u t o c l a v e d Po rtl a n d c e me n t c o n c r e t e wi t h l a r g e a mo u n t o f s i
7、l i c e o u s ma t e ri als , a u t o c l a v e d P o rt l a n d c o n c r e t e a n d s t e am i n j e c t i o n a u t o c l a v e d g e o p o l y me ri c c e me n t c o n c r e t e a p p l i e a b l e f o r l u n a r e n v i ro n me n t we r e e x p l o r e d a nd d e s i g n e d, p r o v i d i n
8、g s e r v i c e s for f u t u r e l u n a r b as e c o n s t r uc t i o n Ke y wo r d s : l u n ar c e me n t : l u n a r c o n c r e t e ; d ry m i x s t e am i n j e c t i o n me t h o d ; s i l i c eou s m a t e ri al: al k ali - a c t i v a t e d ma t e ri a l s 0 前言 1 国内外研究现状及发展动态分析 月球具有可供人类开发和
9、利用的各种独特资源,是对地 球资源的重要补充和储备,将对人类社会的可持续发展产生 深远的影响。 建立月球基地, 为科学探索与研究者长期在基地 生活创造条件。 只有研制出低成本的建设施工方法, 月球基地 的建设才有可能实现。对月球环境下的水泥及混凝土的研究 表明 , 混凝土是一种有可能适应月球环境的材料。预计若 干年以后, 在月球上正式建设建筑工程时离不开混凝土。 因此, 现在的研究, 对将来的应用一定会起到承前启后的作用。 本文 在总结现有研究的基础上,探索和设计在月球环境下制造水 泥及其混凝土。 收稿 日期: 2 0 0 9 0 9 1 9 作者简介: 叶青 , 男 , 1 9 6 0年生,
10、 浙江 嘉善人 , 工学博士, 教授 , 主要从 事水泥和混凝土材料的研究。电话 : 0 5 7 1 8 5 8 1 6 0 6 1 。 1 6 新型建筑材料 2 0 1 0 5 1 1 月球环境的概况 地貌3 1 ( 或月貌) : 月球的地形可分为平原、 高地和山脉。 在月球上, 平原约占月球的5 5 , 大部分面向地球, 适于建造 居住设施。 基地适宜建在南极地区。 地层: 月球的地层由表层、 地壳、 地幔、 地核组成, 表层覆盖着厚度达几米到几十米的细 沙( 砂) ( 本文作者认为这些细砂具有火山灰活性的可能性很 大) 。地质: 岩石部分大多数为玄武岩、 橄榄石、 斜长石及钛铁 矿等,
11、其强度和地球上的同类岩石相同。月震: 月球上每年发 生 地震约 3 0 0 次, 1 4 d 为 1 个周期。一般“ 地震” 为2 - 3 级, 最大“ 地震” 也只有4 级左右, 释放的能量较小, 对月球建筑结 构设计没有影响。 重力: 月球上的重力加速度是地球上的1 6 , 构筑物的自重或荷载因而也为 1 6 。真空: 月球上没有空气, 处于超真空状态,需要在住宅内加压后才适于人类居住。此 外, 因为是真空状态, 液体会很快挥发。温度: 白昼 1 4 d , 黑夜 也是1 4 d , 由于没有空气, 昼夜温差非常大( 一 1 9 0 1 3 7 ) , 但 学兔兔 w w w .x u e
12、 t u t u .c o m 叶青, 等: 月球用水泥及混凝土的探索和设计 距地表 1 m以下的温度很稳定, 在一 3 0 左右。 如果在地下建 设建筑物, 可以解决低温问题。 放射线: 月球上的宇宙线、 太阳 风等放射线很多, 为了防御辐射, 必须将构筑物盖上2 i n 厚的 土。陨石: 月球上没有空气, 大小各异的陨石没有燃尽就会落 下来, 其坠落速度为2 0 4 0 m s 。 如果构筑物盖上2 m厚的土, 可以防御小块陨石, 但大块陨石仍可能损坏构筑物。 1 2 月球表面物质的化学成分 从1 9 6 9 年到1 9 7 2 年, 美国共进行了多 阿波罗” 飞行, 对月球表面进行广泛考
13、察, 搜集了大量月球岩石、 土壤标本, 其中从月球上带回地球的岩石样品就达4 4 0 k g 。对许多月球 土壤样品进行化学分析, 主要成分为S i O : 、 A I 2 0 和C a O等( 见 表1 口 】) 。 月球表层土 主要为矿物碎屑、 早期原始岩石碎屑、 角 砾岩碎屑、 非晶态火山灰和月球独有的凝聚体颗粒, 部分表层 土比表面积达3 0 0 5 0 0 m 2 k g 。 由于缺少真实的月球表面土,许多研究者只能利用由美 国航空和航天局所属的约翰逊航天中心生产的月球表土模拟 土, 即J S C 一 1 土5 1 。利用它可以进行当今的系列研究, 如利用 J S C 一 1 土制成
14、玻璃, 并用于稳定核废料, 还可制成陶瓷等材料。 表 1 月球表面部分物质的化学成分 项目 S i O 2 A 1 2 0 3 C a O F e O F e 2 0 3 Ms O T i O 2 平 原 土砂 4 2 1 6 1 3 6 0 l 1 9 4 1 5 3 4 7 7 6 7 7 5 高地土砂 4 4 7 7 2 8 4 8 l 6 8 7 4 1 7 4 9 2 0 4 4 非晶态火 山土4 4 8 7 2 5 4 8 l 4 5 2 5 7 5 8 1 1 0 5 1 J S C 一 1 土 4 7 7 0 1 5 0 2 1 0 4 2 7 3 5 3 4 4 9 0 l
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