復(fù)合混凝土膨脹劑研究初探

【摘　要】　介紹了一種新型復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑，這種膨脹劑綜合了鈣礬石和氧化鎂類膨脹劑的膨脹特點，即在水化早期鈣礬石能提供膨脹作用，而后期氧化鎂也能產(chǎn)生一定的膨脹量從而補償混凝土的收縮，是一種優(yōu)良的復(fù)合膨脹劑。

【關(guān)鍵詞】　混凝土；補償收縮；膨脹劑；鈣礬石

0 　引言

     長期以來，混凝土裂縫防治為工程界致力研究的問題。實際結(jié)構(gòu)上的裂縫是不可避免的，在保證結(jié)構(gòu)安全和耐久性的前提下，裂縫是一種可以接受的材料特征。近年來，隨著結(jié)構(gòu)尺寸的長大化和復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的幾率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，影響其使用功能。眾多裂縫控制方法中，利用膨脹劑的補償收縮作用控制混凝土裂縫的方法在工程中極為普遍?，F(xiàn)階段混凝土的膨脹劑種類大致可分為硫鋁酸鹽系膨脹劑、氧化鈣系膨脹劑及氧化鎂系膨脹劑。本文對一種新型復(fù)合鎂質(zhì)混凝土膨脹劑的性能作了研究。

     復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑為雙膨脹源的膨脹劑，它是由硫鋁酸鈣和氧化鎂復(fù)合而成，利用這兩種物質(zhì)起到膨脹作用。硫鋁酸鈣膨脹的特點是膨脹發(fā)揮快，一般7d之內(nèi)已完成膨脹大部分， 28d內(nèi)膨脹基本結(jié)束。但是，大體積混凝土溫度應(yīng)力補償卻要求“延遲性”膨脹。要求膨脹組份產(chǎn)生的膨脹不能過早， 以便儲存較多的變形能。否則，在較早齡期(3d以前) ，混凝土彈性模量較低，即使膨脹變形較大，補償應(yīng)力也相對不大， 而且很容易產(chǎn)生應(yīng)力松弛。因此，單一的鈣礬石膨脹源并不一定能有效補償混凝土的收縮。MgO膨脹源的缺陷是膨脹發(fā)生太慢，有延遲膨脹的特點。復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑就是綜合考慮水化早期的膨脹量，又考慮到后期繼續(xù)補償收縮的作用而研制的新型混凝土膨脹劑。

1　試驗原材料

      試驗所用原材料:水泥為哈爾濱水泥廠產(chǎn)P·O42.5；

　　表1 膨脹劑不同組份不同摻量強度試驗數(shù)據(jù)編號

      砂為標準砂及哈爾濱產(chǎn)中砂(細度模數(shù)2. 3) ；碎石為10～ 20mm連續(xù)級配。膨脹劑UEA，復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑。

2 　砂漿強度試驗

      參照JC476 - 2001標準進行試驗。UEA摻量6%、8%和10%，記為U6、U8、U10。復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑摻量為6%、8%、10%和12%，記為M6、M8、M10和M12。試驗數(shù)據(jù)見表1，U0 表示為不摻膨脹劑水泥砂漿試樣。

      從表中數(shù)據(jù)可看出，摻UEA膨脹劑水泥砂漿一般來說強度都有所下降，而且隨著摻量的增加，強度下降更快，這是由于大量生成了鈣礬石的原因。摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的砂漿早期強度較空白有所降低，但后期強度有增加。這是由于早期生成了大量的鈣礬石，而后期由于氧化鎂的作用，生成的Mg (OH) 2 晶體將水泥石中的孔隙填充，使混凝土變密實，強度提高。但摻量在12%時，早期與后期的強度下降比較大，這是因MgO含量過多，產(chǎn)生的膨脹量過大，從而破壞了砂漿的結(jié)構(gòu)所造成。因此使用復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑時應(yīng)嚴格控制其摻量。

3 　砂漿限制膨脹率試驗

      圖1表示摻加復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑為8%、10%和12%時的限制膨脹率。當(dāng)摻量為8%和10%時，都可以很好地滿足膨脹劑標準的要求；而當(dāng)摻量在12%時，限制膨脹率有一個明顯的上升，這和強度所反應(yīng)出來的影響是一致的。因為當(dāng)摻量達到12%時，MgO的含量已經(jīng)達到6%。對普通混凝土來說，當(dāng)MgO的含量超過5%時，就有可能使水泥的安定性不合格，從而造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，這不但起不到補償混凝土收縮作用，還會降低混凝土強度、抗?jié)B、抗凍等一系列性能，對混凝土有非常不利的影響。所以使用復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑時要在滿足膨脹量的情況下，控制合適的摻量。

      從圖2我們可以看出在早期摻UEA膨脹劑的膨脹量要比摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的膨脹量要大，這是因為鈣礬石膨脹劑膨脹發(fā)揮很快，一般7d之內(nèi)已完成膨脹的大部分， 28d內(nèi)膨脹基本結(jié)束，在后期不起作用。但是，混凝土溫度應(yīng)力補償要求“延遲性”膨脹變形，膨脹組份產(chǎn)生的膨脹不能過早，以便儲存較多的變形能。否則，在較早齡期(3d以前) ，混凝土彈性模量較低，徐變度過大即使膨脹變形較大，如達到幾百個微應(yīng)變，補償應(yīng)力也相對不大，而且很容易產(chǎn)生應(yīng)力松弛。單摻UEA膨脹劑時不能補償混凝土后期的收縮作用，一般來說，混凝土的收縮可以持續(xù)相當(dāng)長的時間，這也是UEA膨脹劑的一大缺點。

      摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑時，在早期膨脹量比較小，但也足夠補償混凝土的早期變形。在后期也能提供一定量的膨脹量， 對混凝土的作用是非常有利的。這是由于在早期水化生成鈣礬石，而后期主要是MgO起作用，而MgO水化比較慢。研究表明，當(dāng)熟料中MgO 含量在415%左右，在50℃養(yǎng)護下， 28d只有30%左右轉(zhuǎn)化為水鎂石， 90d水鎂石形成率僅為60%左右， 180d才能大部分轉(zhuǎn)變。而在20℃時， 180d時大約只有50%的轉(zhuǎn)化率。復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑就是利用水化生成鈣礬石和水鎂石兩種產(chǎn)物產(chǎn)生膨脹效應(yīng)的，在早期產(chǎn)生的膨脹比較小，可以防止膨脹量過大而產(chǎn)生應(yīng)力松弛的現(xiàn)象，還能防止由于大量鈣礬石而形成“鈣礬石延遲”的影響。而在后期，還能有一定的膨脹量產(chǎn)生，可以進一步補償混凝土收縮， 減少裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的各項性能。

4　對抗?jié)B性能的影響

      摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的混凝土具有相當(dāng)好的抗?jié)B能力。摻和未摻氧化鎂的混凝土，在115MPa滲水壓力時均未滲水。試驗后劈開試件測量滲水高度，發(fā)現(xiàn)摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的混凝土的滲水高度約為未摻的2 /3，說明復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑混凝土的抗?jié)B能力可比未摻的混凝土約提高30%。這是由于摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的混凝土膨脹作用，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實，其水化生成物填充和阻斷毛細孔，使孔隙率減小，從而大大增強了混凝土內(nèi)部的阻水能力，所以摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的混凝土較普通混凝土具有更強的抗?jié)B透能力。

5　結(jié)語

      鎂質(zhì)復(fù)合膨脹混凝土中膨脹的根源是鈣礬石與水鎂石，這兩者的形成能夠產(chǎn)生一定的“膨脹能”。在膨脹混凝土中，可利用這種“膨脹能”達到預(yù)加壓應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)致密化的作用，這對改善混凝土結(jié)構(gòu)性能是十分重要的。復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑的作用有以下3種作用形式: ①水泥石內(nèi)部孔隙的壓縮和遷移，即改變水泥石孔結(jié)構(gòu)； ②補償收縮和產(chǎn)生體積膨脹； ③在約束條件下產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，即內(nèi)部儲能。鈣礬石膨脹主要發(fā)生在早期，方鎂石膨脹主要發(fā)生在后期，兩者適當(dāng)組合，能產(chǎn)生適宜的膨脹量與膨脹分布，從而可以比較有效地補償混凝土的收縮，提高耐久性。同時，鈣礬石與方鎂石雙膨脹的另二種作用，即在約束條件下產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力以及使水泥石結(jié)構(gòu)致密化，對改善水泥混凝土性能也具有重要意義。利用鎂質(zhì)復(fù)合膨脹劑的雙膨脹作用，能比較有效地補償大壩等大體積混凝土的收縮，同時保證強度等其它性能良好穩(wěn)定。

參考文獻

[ 1 ] 　SNangataki， H Gomi. Expansive admixture (mainly ettringite) [ J ]. Cement&concrete， Composites， 1998， 20 (2 /3) : 163 - 170.

[ 2 ] 　S chatterji. Mechanism of expansion of concrete due to the p resence of dead - burnt CaO andMgO[ J ]. Cement and Concrete Research， 1995， 25 (1) : 51 - 56.

[ 3 ] 　樓宗漢. 熟料中氧化鎂水化及膨脹性能[ J ]. 硅酸鹽學(xué)報， 1998， 26 (4) .

[ 4 ] 　鄧敏. 水泥中MgO的膨脹機理[ J ]. 南京化工學(xué)報， 1990， 12 (4) : 1 - 5.

 [作者簡介] 　鐘業(yè)盛(1977 - ) ，男，廣東清遠人，在讀碩士研究生，主要從事建筑材料的開發(fā)與研究工作。