FQY-Ⅱ新型混凝土膨脹劑的膨脹性能研究

  【摘 要】本文通過對(duì)膨脹劑微觀形貌、砂漿限制膨脹率、混凝土限制膨脹率及強(qiáng)度以及混凝土膨脹速率的分析，研究了一種新型膨脹劑FQY-Ⅱ的膨脹性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：C35混凝土中摻35Kg/m³的FQY-Ⅱ在滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求條件下水養(yǎng)14天膨脹率達(dá)0.087%, 且膨脹性能穩(wěn)定。膨脹率曲線表明FQY-Ⅱ膨脹劑可以發(fā)揮出更多的有效膨脹能。

  【關(guān)鍵詞】膨脹劑；膨脹速率；膨脹性能

  1 前言

  我國混凝土膨脹劑經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，特別在最近20年得到迅猛發(fā)展，膨脹劑產(chǎn)品更新?lián)Q代也越來越快。目前市面上仍然存在的普通膨脹劑摻量（30~50）kg/m³時(shí)，其水中14天混凝土限制膨脹率僅能達(dá)到0.015%~0.025%，甚至很多廠家膨脹劑還無法達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。混凝土收縮值大約為0.06%~0.07%，有些膨脹劑因膨脹能不足，不能有效的補(bǔ)償混凝土收縮。目前評(píng)價(jià)膨脹劑性能局限于膨脹率以及強(qiáng)度，本文通檢測完整的速率曲線，從而反應(yīng)膨脹劑本質(zhì)特點(diǎn)。

  2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

  2.1膨脹劑制備

  2.1.1主要原材料

  鈣質(zhì)原料：SiO₂<2.0%，CaO>50.0%；

  硬石膏：SO₃>45%；

  鋁質(zhì)材料：SiO₂<20.0%，Al₂O₃>50.0%。

  2.1.2實(shí)驗(yàn)方法

  將各原材料按一定比例稱量，用實(shí)驗(yàn)室磨機(jī)磨至細(xì)度為0.08mm篩余10%~14%，磨好后生料加適量水壓制成圓餅，置于電爐中煅燒，升溫速率為5℃/min，至1300℃，保溫20min，取出后冷卻，磨至細(xì)度為0.08mm篩余20%~25%，制得FQY-Ⅱ膨脹劑，放入干燥器中備用。

  2.2砂漿試驗(yàn)

  膨脹劑按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土膨脹劑》GB23439-2009進(jìn)行限制膨脹率試驗(yàn)。

  2.3混凝土實(shí)驗(yàn)

  2.3.1實(shí)驗(yàn)材料

  水泥：（1）基準(zhǔn)水泥P·O 42.5（中國建筑材料科學(xué)研究總院）；（2）水泥P·O 42.5（華新水泥股份有限公司）；

  砂子：標(biāo)準(zhǔn)砂（廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司出品）；

  粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰（武漢青山電廠）；

  礦粉：磨細(xì)礦渣粉（武漢綠色礦渣有限公司）；

  減水劑：UJOIN-PC聚羧酸系高性能減水劑（武漢源錦科技股份有限公司）；

  膨脹劑：

  （1）UEA膨脹劑（市售產(chǎn)品）；

  （2）FQY膨脹劑（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司）；

  （3）FQY-Ⅱ膨脹劑（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司）；

  細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)2.66（湖北巴河）；

  粗骨料：碎石， 5mm~31.5mm連續(xù)級(jí)配（湖北烏龍泉）；

  2.3.2混凝土配合比

  混凝土配合比見表1，其中膨脹劑為內(nèi)摻取代粉煤灰?；炷涟韬闲阅馨凑誈B/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定進(jìn)行，力學(xué)性能按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測。

  2.3.3膨脹速率實(shí)驗(yàn)

  試模預(yù)裝上膨脹桿，將攪拌好的混凝土直接澆筑到非接觸式混凝土收縮變形儀（NEL-NES，北京耐爾得儀器設(shè)備公司）中，蓋上濕抹布并安裝標(biāo)靶，監(jiān)控整個(gè)膨脹曲線，將曲線微分處理，得到膨脹速率曲線。

  3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

  3.1膨脹劑微觀分析

  由圖1FQY-Ⅱ膨脹劑SEM圖中可以看出，除了一部分球形CaO特性，存在層狀、板狀結(jié)構(gòu)的硫鋁酸鈣晶體，說明FQY-Ⅱ膨脹劑為氧化鈣和硫鋁酸鈣雙膨脹源，可以更有效的發(fā)揮膨脹性能。由圖2中可以看出CaO膨脹劑中主要礦物為f-CaO(特征峰為2.772，2.4004，1.6972)，次要礦物為C3S特征峰為3.0377，2.6018，2.1852）。FQY-Ⅱ膨脹劑除了有CaO相同的f-CaO和C3S礦物特征峰外，在為3.7540和3.5065處存在硫鋁酸鈣特征峰和石膏峰特征峰。f-CaO可以更好的被包裹，延遲了f-CaO水化速度。

  3.2砂漿性能影響

  將不同摻量的FQY-Ⅱ膨脹劑與市面上膨脹劑作對(duì)比，其砂漿膨脹率見表2?？梢钥闯鯢QY-Ⅱ膨脹劑摻量為6%的7天砂漿膨脹率已經(jīng)達(dá)到0.072%，滿足GB23439-2009Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)。FQY-Ⅱ膨脹劑摻量為10%的7天砂漿膨脹率為0.171%，約為UEA膨脹劑的4倍，為FQY膨脹劑1.6倍。

[Page]

  3.3混凝土性能影響

  3.3.1混凝土限制膨脹率及強(qiáng)度

  圖3為（3~5）MPa拆模后檢測得到的限制膨脹曲線，由圖可以看出，F(xiàn)QY-Ⅱ膨脹劑在混凝土中具有較優(yōu)的膨脹性能，其14天膨脹率在0.087%，28天干縮膨脹率剩余0.059%，膨脹率曲線在第5天穩(wěn)定。圖4顯示摻膨脹劑實(shí)驗(yàn)組強(qiáng)度與空白組強(qiáng)度相當(dāng)，都滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

  4 膨脹速率試驗(yàn)

  4.1三種膨脹劑在C35混凝土中膨脹速率曲線

  將混凝土攪拌好后，直接裝入預(yù)先準(zhǔn)備好的裝有限制膨脹桿的非接觸式變形儀中，裝好探頭蓋上濕抹布后開始實(shí)驗(yàn)。檢測得到如圖5所示膨脹劑從塑性到硬化過程中完整的膨脹周期，所得到的膨脹率為（3~5）MPa拆模后檢測的值的2~3倍，并且膨脹率略有提前。圖6為成型后同時(shí)跟蹤檢測的貫入阻力與時(shí)間對(duì)應(yīng)圖，由圖可以看出大約在加水后7h~8h時(shí)產(chǎn)生灌入阻力，此時(shí)混凝土剛開始凝結(jié)，并且開始產(chǎn)生限制膨脹率。FQY-Ⅱ膨脹劑、UEA膨脹劑、FQY膨脹劑的膨脹率起點(diǎn)基本一致，但FQY-Ⅱ膨脹劑更有效的發(fā)揮出更大的膨脹能。

  將得到的完整的膨脹速率曲線進(jìn)行微分處理，即可得到如圖7所示膨脹速率曲線。FQY-Ⅱ膨脹劑具有明顯較寬膨脹速率峰且峰值高。UEA膨脹劑、FQY膨脹劑、FQY-Ⅱ的峰寬分別約為7h~28h、7h~44h、7h~60h。FQY-Ⅱ膨脹劑膨脹速率峰值位置比UEA膨脹劑推遲約25h，比FQY膨脹劑推遲10h，由此可以看出 FQY-Ⅱ膨脹劑可以更有效的發(fā)揮膨脹性能。

  4.2不同摻量對(duì)FQY-Ⅱ膨脹速率曲線的影響

  為了進(jìn)一步驗(yàn)證膨脹速率曲線峰值關(guān)系，下面做了不同摻量的膨脹劑試驗(yàn)。如圖8所示，對(duì)比35kg/m³與25kg/m³兩種摻量的FQY-Ⅱ膨脹劑，其膨脹速率峰的位置和峰型基本相同，只是較少摻量的峰值比較大摻量的峰值小，可見不同摻量的同種膨脹劑具有相同水化規(guī)律。膨脹速率曲線可以一定程度上反應(yīng)膨脹劑本質(zhì)屬性，與摻量或者復(fù)配摻合料無關(guān)。

  4 總結(jié)

  （1）FQY-Ⅱ膨脹劑具有良好的膨脹性能，砂漿及混凝土膨脹率高。

  （2）混凝土剛產(chǎn)生灌入阻力即大約在7h~8h時(shí)，膨脹劑開始產(chǎn)生限制膨脹率。通過膨脹速率曲線可以看出FQY-Ⅱ膨脹劑具有較寬的膨脹速率峰。不同膨脹劑膨脹速率峰有一定區(qū)別。膨脹劑的峰型和峰值位置與膨脹劑摻量無關(guān)。膨脹速率曲線可以一定程度上表征膨脹劑本質(zhì)性能。

  【參考文獻(xiàn)】

  [1] 趙順增,游寶坤,劉立.混凝土膨脹劑行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].混凝土與水泥制品, 2009.（3）.

  [2] 游寶坤.混凝土膨脹劑應(yīng)用的若干問題[J].施工技術(shù),2000(10):41-43.

  [3] 馮乃謙.《混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與對(duì)策》[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2006:5-32.

  [4] 趙順增,劉立等.《GB23439-2009混凝土膨脹劑》.2009：2-14.

  [5] 冷光發(fā)，戎君明等.《GB50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法》.2009: 44-50.

  [6] 趙改菊,謝峻林,高攀等.高溫固硫物相硫鋁酸鈣的生產(chǎn)機(jī)理研究[J].鍋爐技術(shù)，2008:39（1）:75-78.