氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土性能的影响分析

氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土性能的影响分析

游吟

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西，西安，710021）

【摘要】简单介绍了氧化镁复合膨胀剂产生的背景，然后通过实验，依次分析了氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土安定性、强度、水养膨胀特性、自生体积变形和干燥收缩的影响。

【关键词】高性能混凝土；氧化镁；力学性能；变形特性

引言

混凝土收缩、膨胀和徐变等问题直接关乎混凝土质量和使用寿命，对是否能实现高性能化有着重大影响。高性能混凝土应用时自浇筑成型以后会逐渐水化硬化，随着水分丢失，混凝土会因干燥收缩和温降收缩而开裂，如何避免收缩和开裂是当前研究重点。为补偿材料收缩，常会采用膨胀剂，在此介绍一种氧化镁复合膨胀剂，就其作用以及对高性能混凝土的影响展开分析。

1．研究背景

膨胀剂在水化过程中体积会往外膨胀，用于混凝土中可有效减少收缩，目前钙矾石膨胀剂应用较广。其优点不可否认，但大量实践证明，外界自由水含量和内部氢氧化钙含量对其膨胀性能有着决定性作用。现代化高性能混凝土主要特点是低水胶比配以大量矿物掺合料，因为渗透性较低，使得自由水扩散能力明显减弱，大量矿物掺合料又会消耗氢氧化钙，所以在湿养护较为困难的工程中使用钙矾石膨胀剂，反而会增加混凝土的开裂率。本文则通过观察高性能混凝土结构及开裂特征，按照一定比例，将高活性MgO、低活性MgO和CaO类膨胀成分进行优化复合，研制一种氧化镁复合膨胀剂，将其掺入高性能混凝土中，分析对混凝土性能产生的影响。

2．试验

2.1原材料

主要包括：①水泥。采用来自三门峡黑羊山水泥有限公司的硅酸盐水泥；②集料。细集料选用粒径为1.5—4.5mm的天然砂。粗集料选用直径6mm—15mm的碎石砾石；③粉煤灰。比表面积458cm2/g，含水量0.32%；④膨胀剂。氧化镁复合膨胀剂；⑤减水剂。使用来自上海亨鑫化工有限公司的萘系高效减水剂。

2.2配合比

本试验采用0.28和0.39两种水胶比，氧化镁复合膨胀剂掺量为固定值，占胶凝材料总量的8%。同时掺加适量的减水剂。

2.3试验方法

按照行业标准，使用100mm×100mm×100mm钢试模测试混凝土的劈拉强度和抗压强度；使用25mm×25mm×280mm钢试模，通过水泥净浆压蒸试验测试混凝土的按定性，养护24h后脱模，先于80℃水中加速氧化24h，然后在216℃温度下压蒸3h；使用100mm×100mm×515mm钢试模，结合行业标准测试混凝土的变形特性，养护24h后脱模，将所得试件分为3组，于不同环境中进行养护，观察氧化镁复合膨胀剂对混凝土所产生的影响。1组试件在20℃的水中进行养护，一直到规定龄期，对其膨胀率加以检测；2组试件用黏性铝箔密实包好，于20℃、相对湿度约为65%的环境中进行养护，直至规定龄期，对其自生体积变形率加以检测；3组试件脱模后先在20℃、相对湿度98%的环境中养护48h，然后转移至相同温度、相对湿度为65%左右的干燥环境中养护，直至规定龄期，对其干燥收缩率加以检测。

3．实验结果分析

3.1氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土安定性的影响

安定性是衡量高性能质量的一项重要指标，氧化镁复合膨胀剂掺量太少，水化过程中体积膨胀较小，对混凝土收缩起到的补偿作用有限；掺量过多会导致体积膨胀过大，膨胀应力过于集中易破坏混凝土结构。所以膨胀要均匀适当，否则必将导致混凝土安定性降低。试验过程中记录发现：①水胶比为0.39时，压蒸膨胀率随着膨胀剂掺加量增多而提升，掺量4%时，压蒸膨胀率0.15%，此时试件完好，安定性合格；掺量8%时，压蒸膨胀率0.43%，此时试件完好，安定性合格；掺量12%时，压蒸膨胀率2.11%，此时试件有明显弯曲现象，安定性不合格；②水胶比为0.28时，压蒸膨胀率随着膨胀剂掺加量增多而提升，掺量4%时，压蒸膨胀率0.20%，此时试件完好，安定性合格；掺量8%时，压蒸膨胀率0.49%，此时试件完好，安定性合格；掺量12%时，试件出现膨胀变形、开裂、钉头松动等现象，安定性不合格。

3.2氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土强度的影响

混凝土强度直接关乎其功能发挥程度，若强度不足，外部压力可能会引起工程塌陷。从前面可知，两种水胶比，掺量都是在8%时，安定性合格且有最大压蒸膨胀率。所以选择掺量为8%的高性能混凝土，对其劈拉强度和抗拉强度进行测试。从试验中发现：①水胶比为0.39时，不掺加氧化镁膨胀剂的混凝土1周时劈拉强度和抗压强度分别为2.2MPa、24MPa，4周时分别是3.1MPa、43.4MPa；掺加8%氧化镁膨胀剂的混凝土1周时劈拉强度及抗压强度分别为2.5MPa、22.3MPa，4周时分别为3.9MPa、41.6MPa；②水胶比为0.28时，不掺加氧化镁膨胀剂的混凝土1周时劈拉强度和抗压强度分别为3.0MPa、40.3MPa，4周时分别是4.2MPa、60.8MPa；掺加8%氧化镁膨胀剂的混凝土1周时劈拉强度及抗压强度分别为3.3MPa、35.3MPa，4周时分别为4.6MPa、54.2MPa。说明与不掺膨胀剂混凝土相比，掺加后的混凝土劈拉强度有所增加，而抗压强度在降低。究其原因，氧化镁膨胀剂因降低胶凝材料总量，会使得水胶比增大，所以抗压强度降低；同时膨胀剂会填充较大孔径，降低孔隙率，使得劈拉强度提高。

3.3氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土水养膨胀特性的影响

对没有掺加膨胀剂的混凝土而言，水胶比越小，其膨胀变形越小。对掺加了氧化镁膨胀剂的混凝土而言，饱水养护24h后期膨胀特性就得以发挥，且在28d内，随着时间延长，膨胀量越来越大且增长速度较快；在28d—90d期间，膨胀量依旧增长，但增长速度明显放慢；90d后膨胀变形基本平稳。从中可知，掺加氧化镁复合膨胀剂的高性能混凝土有两种膨胀源，所以在早期膨胀性能较为明显，后期也会表现出一定的微膨胀性能。

3.4氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土自生体积变形的影响

在密封条件下，掺加膨胀剂的混凝土存在两种相反的体积变形，一是水泥自收缩，二是膨胀剂的膨胀。而且，氧化镁膨胀剂早期膨胀由CaO提供，中期由高活性MgO提供，后期由低活性MgO提供，在膨胀时间和膨胀量上合理搭配，能够有效补偿高性能混凝土的收缩过程。

3.5氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土干燥收缩的影响

在温度20℃，相对湿度60%的环境中养护，掺加和不掺假膨胀剂的混凝土都会发生收缩变形。掺加氧化镁膨胀剂后，可使混凝土干燥收缩明显降低，干燥龄期越长，降低幅度越大。两种水胶比掺加膨胀剂的混凝土干燥收缩下降率均高于未掺加膨胀剂的混凝土，此外，前者干缩应变在60d后基本上就已稳定，而后者在120d时还有增大趋势。

4．结束语

高性能混凝土中掺加8%的氧化镁膨胀剂，可保证混凝土安定性合格，与未掺膨胀剂的混凝土相比，劈拉强度提高，但抗压强度降低。虽然氧化镁膨胀剂对混凝土力学性能影响有限，但对其变形特点影响较为明显，包括膨胀率、体积变形和干燥收缩都有加大影响。

参考文献：

[1]刘加平，张守治，田倩，郭飞，王育江.氧化镁复合膨胀剂对高性能混凝土变形特性的影响[J].东南大学学报，2010，40（z2）：150-154

[2]张守治，王军伟，刘加平，田倩.轻烧氧化镁膨胀剂对水泥浆体自收缩的影响[J].新型建筑材料，2013，（04）：11-14