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(diǎn)，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(bǔ)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(bǔ)償收縮；膨脹劑；鈣礬石

0 　引言

     長(zhǎng)期以來(lái)，混凝土裂縫防治為工程界致力研究的問(wèn)題。實(shí)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(lái)，隨著結(jié)構(gòu)尺寸的長(zhǎng)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(bǔ)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(duì)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(diǎn)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(bǔ)償卻要求“延遲性”膨脹。要求膨脹組份產(chǎn)生的膨脹不能過(guò)早， 以便儲(chǔ)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(bǔ)償應(yīng)力也相對(duì)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(bǔ)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(diǎn)。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(bǔ)償收縮的作用而研制的新型混凝土膨脹劑。

1　試驗(yàn)原材料

      試驗(yàn)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(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)編號(hào)

      砂為標(biāo)準(zhǔn)砂及哈爾濱產(chǎn)中砂(細(xì)度模數(shù)2. 3) ；碎石為10～ 20mm連續(xù)級(jí)配。膨脹劑UEA，復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑。

2 　砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)

      參照J(rèn)C476 - 2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。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(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(lái)說(shuō)強(qiáng)度都有所下降，而且隨著摻量的增加，強(qiáng)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(qiáng)度較空白有所降低，但后期強(qiáng)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(shí)，強(qiáng)度提高。但摻量在12%時(shí)，早期與后期的強(qiáng)度下降比較大，這是因MgO含量過(guò)多，產(chǎn)生的膨脹量過(guò)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(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其摻量。

3 　砂漿限制膨脹率試驗(yàn)

      圖1表示摻加復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑為8%、10%和12%時(shí)的限制膨脹率。當(dāng)摻量為8%和10%時(shí)，都可以很好地滿足膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)的要求；而當(dāng)摻量在12%時(shí)，限制膨脹率有一個(gè)明顯的上升，這和強(qiáng)度所反應(yīng)出來(lái)的影響是一致的。因?yàn)楫?dāng)摻量達(dá)到12%時(shí)，MgO的含量已經(jīng)達(dá)到6%。對(duì)普通混凝土來(lái)說(shuō)，當(dāng)MgO的含量超過(guò)5%時(shí)，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(bǔ)償混凝土收縮作用，還會(huì)降低混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等一系列性能，對(duì)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(shí)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?yàn)殁}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(bǔ)償要求“延遲性”膨脹變形，膨脹組份產(chǎn)生的膨脹不能過(guò)早，以便儲(chǔ)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(guò)大即使膨脹變形較大，如達(dá)到幾百個(gè)微應(yīng)變，補(bǔ)償應(yīng)力也相對(duì)不大，而且很容易產(chǎn)生應(yīng)力松弛。單摻UEA膨脹劑時(shí)不能補(bǔ)償混凝土后期的收縮作用，一般來(lái)說(shuō)，混凝土的收縮可以持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這也是UEA膨脹劑的一大缺點(diǎn)。

      摻復(fù)合鎂質(zhì)膨脹劑時(shí)，在早期膨脹量比較小，但也足夠補(bǔ)償混凝土的早期變形。在后期也能提供一定量的膨脹量， 對(duì)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(hù)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(shí)， 180d時(shí)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(guò)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(jìn)一步補(bǔ)償混凝土收縮， 減少裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的各項(xiàng)性能。

4　對(duì)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(shí)均未滲水。試驗(yàn)后劈開(kāi)試件測(cè)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(shuō)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(shí)，其水化生成物填充和阻斷毛細(xì)孔，使孔隙率減小，從而大大增強(qiáng)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(qiáng)的抗?jié)B透能力。

5　結(jié)語(yǔ)

      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(dá)到預(yù)加壓應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)致密化的作用，這對(duì)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(bǔ)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?jī)?chǔ)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(bǔ)償混凝土的收縮，提高耐久性。同時(shí)，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(duì)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(bǔ)償大壩等大體積混凝土的收縮，同時(shí)保證強(qiáng)度等其它性能良好穩(wěn)定。

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