复合混凝土膨胀剂研究初探

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【摘　要】　介绍了一种新型复合镁质膨胀剂，这种膨胀剂综合了钙矾石和氧化镁类膨胀剂的膨胀特点，即在水化早期钙矾石能提供膨胀作用，而后期氧化镁也能产生一定的膨胀量从而补偿混凝土的收缩，是一种优良的复合膨胀剂。

【关键词】　混凝土；补偿收缩；膨胀剂；钙矾石

0 　引言

长期以来，混凝土裂缝防治为工程界致力研究的问题。实际结构上的裂缝是不可避免的，在保证结构安全和耐久性的前提下，裂缝是一种可以接受的材料特征。近年来，随着结构尺寸的长大化和复杂化，结构裂缝出现的几率大大增加，有些已危及结构的安全性和耐久性，影响其使用功能。众多裂缝控制方法中，利用膨胀剂的补偿收缩作用控制混凝土裂缝的方法在工程中极为普遍。现阶段混凝土的膨胀剂种类大致可分为硫铝酸盐系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂及氧化镁系膨胀剂。本文对一种新型复合镁质混凝土膨胀剂的性能作了研究。

复合镁质膨胀剂为双膨胀源的膨胀剂，它是由硫铝酸钙和氧化镁复合而成，利用这两种物质起到膨胀作用。硫铝酸钙膨胀的特点是膨胀发挥快，一般7d之内已完成膨胀大部分， 28d内膨胀基本结束。但是，大体积混凝土温度应力补偿却要求“延迟性”膨胀。要求膨胀组份产生的膨胀不能过早， 以便储存较多的变形能。否则，在较早龄期(3d以前) ，混凝土弹性模量较低，即使膨胀变形较大，补偿应力也相对不大， 而且很容易产生应力松弛。因此，单一的钙矾石膨胀源并不一定能有效补偿混凝土的收缩。MgO膨胀源的缺陷是膨胀发生太慢，有延迟膨胀的特点。复合镁质膨胀剂就是综合考虑水化早期的膨胀量，又考虑到后期继续补偿收缩的作用而研制的新型混凝土膨胀剂。

1　试验原材料

试验所用原材料:水泥为哈尔滨水泥厂产P·O42.5；

表1 膨胀剂不同组份不同掺量强度试验数据编号

砂为标准砂及哈尔滨产中砂(细度模数2. 3) ；碎石为10～ 20mm连续级配。膨胀剂UEA，复合镁质膨胀剂。

2 　砂浆强度试验

参照JC476 - 2001标准进行试验。UEA掺量6%、8%和10%，记为U6、U8、U10。复合镁质膨胀剂掺量为6%、8%、10%和12%，记为M6、M8、M10和M12。试验数据见表1，U0 表示为不掺膨胀剂水泥砂浆试样。

从表中数据可看出，掺UEA膨胀剂水泥砂浆一般来说强度都有所下降，而且随着掺量的增加，强度下降更快，这是由于大量生成了钙矾石的原因。掺复合镁质膨胀剂的砂浆早期强度较空白有所降低，但后期强度有增加。这是由于早期生成了大量的钙矾石，而后期由于氧化镁的作用，生成的Mg (OH) 2 晶体将水泥石中的孔隙填充，使混凝土变密实，强度提高。但掺量在12%时，早期与后期的强度下降比较大，这是因MgO含量过多，产生的膨胀量过大，从而破坏了砂浆的结构所造成。因此使用复合镁质膨胀剂时应严格控制其掺量。

3 　砂浆限制膨胀率试验

图1表示掺加复合镁质膨胀剂为8%、10%和12%时的限制膨胀率。当掺量为8%和10%时，都可以很好地满足膨胀剂标准的要求；而当掺量在12%时，限制膨胀率有一个明显的上升，这和强度所反应出来的影响是一致的。因为当掺量达到12%时，MgO的含量已经达到6%。对普通混凝土来说，当MgO的含量超过5%时，就有可能使水泥的安定性不合格，从而造成混凝土内部结构的破坏，这不但起不到补偿混凝土收缩作用，还会降低混凝土强度、抗渗、抗冻等一系列性能，对混凝土有非常不利的影响。所以使用复合镁质膨胀剂时要在满足膨胀量的情况下，控制合适的掺量。

从图2我们可以看出在早期掺UEA膨胀剂的膨胀量要比掺复合镁质膨胀剂的膨胀量要大，这是因为钙矾石膨胀剂膨胀发挥很快，一般7d之内已完成膨胀的大部分， 28d内膨胀基本结束，在后期不起作用。但是，混凝土温度应力补偿要求“延迟性”膨胀变形，膨胀组份产生的膨胀不能过早，以便储存较多的变形能。否则，在较早龄期(3d以前) ，混凝土弹性模量较低，徐变度过大即使膨胀变形较大，如达到几百个微应变，补偿应力也相对不大，而且很容易产生应力松弛。单掺UEA膨胀剂时不能补偿混凝土后期的收缩作用，一般来说，混凝土的收缩可以持续相当长的时间，这也是UEA膨胀剂的一大缺点。

掺复合镁质膨胀剂时，在早期膨胀量比较小，但也足够补偿混凝土的早期变形。在后期也能提供一定量的膨胀量， 对混凝土的作用是非常有利的。这是由于在早期水化生成钙矾石，而后期主要是MgO起作用，而MgO水化比较慢。研究表明，当熟料中MgO 含量在415%左右，在50℃养护下， 28d只有30%左右转化为水镁石， 90d水镁石形成率仅为60%左右， 180d才能大部分转变。而在20℃时， 180d时大约只有50%的转化率。复合镁质膨胀剂就是利用水化生成钙矾石和水镁石两种产物产生膨胀效应的，在早期产生的膨胀比较小，可以防止膨胀量过大而产生应力松弛的现象，还能防止由于大量钙矾石而形成“钙矾石延迟”的影响。而在后期，还能有一定的膨胀量产生，可以进一步补偿混凝土收缩， 减少裂缝的产生，提高混凝土的各项性能。

4　对抗渗性能的影响

掺复合镁质膨胀剂的混凝土具有相当好的抗渗能力。掺和未掺氧化镁的混凝土，在115MPa渗水压力时均未渗水。试验后劈开试件测量渗水高度，发现掺复合镁质膨胀剂的混凝土的渗水高度约为未掺的2 /3，说明复合镁质膨胀剂混凝土的抗渗能力可比未掺的混凝土约提高30%。这是由于掺复合镁质膨胀剂的混凝土膨胀作用，使混凝土结构更加密实，其水化生成物填充和阻断毛细孔，使孔隙率减小，从而大大增强了混凝土内部的阻水能力，所以掺复合镁质膨胀剂的混凝土较普通混凝土具有更强的抗渗透能力。

5　结语

镁质复合膨胀混凝土中膨胀的根源是钙矾石与水镁石，这两者的形成能够产生一定的“膨胀能”。在膨胀混凝土中，可利用这种“膨胀能”达到预加压应力以及结构致密化的作用，这对改善混凝土结构性能是十分重要的。复合镁质膨胀剂的作用有以下3种作用形式: ①水泥石内部孔隙的压缩和迁移，即改变水泥石孔结构； ②补偿收缩和产生体积膨胀； ③在约束条件下产生预压应力，即内部储能。钙矾石膨胀主要发生在早期，方镁石膨胀主要发生在后期，两者适当组合，能产生适宜的膨胀量与膨胀分布，从而可以比较有效地补偿混凝土的收缩，提高耐久性。同时，钙矾石与方镁石双膨胀的另二种作用，即在约束条件下产生预压应力以及使水泥石结构致密化，对改善水泥混凝土性能也具有重要意义。利用镁质复合膨胀剂的双膨胀作用，能比较有效地补偿大坝等大体积混凝土的收缩，同时保证强度等其它性能良好稳定。

参考文献

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[作者简介] 　钟业盛(1977 - ) ，男，广东清远人，在读硕士研究生，主要从事建筑材料的开发与研究工作。