MgO摻量對(duì)介質(zhì)壓蒸膨脹率及孔隙參數(shù)影響的研究

方坤河， 陳昌禮， 李維維， 蔣 君， 趙振華

（1.貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550059；2.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072）

0 引言

摻于混凝土中的輕燒MgO具有延遲膨脹性能，可以補(bǔ)償壩體混凝土降溫過(guò)程中產(chǎn)生的體積收縮，簡(jiǎn)化溫控措施。然而，MgO摻量過(guò)高可能引起混凝土體積變形的不安定，這就存在MgO的允許摻量即安定摻量問(wèn)題。水工混凝土中MgO的安定摻量可以借鑒GB/T 750—1992 《水泥安定性試驗(yàn)方法 (壓蒸法)》和 《水泥砂漿安定性試驗(yàn)方法 （試行）》[1]進(jìn)行確定。 《水泥安定性試驗(yàn)方法 （壓蒸法）》規(guī)定，當(dāng)普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的壓蒸膨脹率不大于0.50%、硅酸鹽水泥壓蒸膨脹率不大于0.80%時(shí)，認(rèn)為體積安定性合格，反之為不合格。不過(guò)，該方法規(guī)定試樣使用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿制作，這與實(shí)際混凝土中水泥漿的水灰比相差甚遠(yuǎn)。此外，一般混凝土中還摻有摻合料和外加劑，它們都對(duì)試樣的壓蒸膨脹率有不同程度的影響。 《水泥砂漿安定性試驗(yàn)方法 （試行）》參照水泥安定性試驗(yàn)方法，用水泥砂漿替代水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿進(jìn)行壓蒸試驗(yàn)，將不同MgO摻量的水泥砂漿壓蒸膨脹率點(diǎn)繪成曲線，規(guī)定曲線中的拐點(diǎn)即為水泥砂漿壓蒸安定性的MgO極限摻量。

毛細(xì)孔多孔材料吸收浸潤(rùn)液的動(dòng)力學(xué)方法，是測(cè)量水泥石、砂漿和混凝土等多孔材料孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的通用方法[2]。水是浸潤(rùn)水泥材料最方便的浸潤(rùn)液。利用吸水動(dòng)力學(xué)方法可以測(cè)定材料的吸水率 (即材料的顯孔隙率)，通過(guò)材料的吸水過(guò)程可獲得材料孔隙的平均孔徑參數(shù)和孔徑均勻性參數(shù)。材料的吸水率越大，說(shuō)明孔隙率越大，反之越小；孔徑均勻性參數(shù)α的數(shù)值在0～1之間，其值越接近于1，說(shuō)明材料孔隙的孔徑越均勻；材料的平均孔徑參數(shù)λ（λ1或λ2）的數(shù)值越大，說(shuō)明孔隙的孔徑越大，反之越小。

本文通過(guò)壓蒸安定性試驗(yàn)和對(duì)應(yīng)試樣的吸水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，研究MgO摻量對(duì)試樣壓蒸膨脹率和孔隙率及孔隙構(gòu)造的影響，以期對(duì)混凝土中MgO的安定性摻量的確定有所裨益。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥。采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，密度3.06 g/cm3，比表面積355 m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.5%，安定性合格，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 P.O 42.5普通硅酸鹽水泥的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

（2）MgO。采用遼寧海城東方滑鎂公司生產(chǎn)的輕燒MgO，密度3.394 g/cm3，細(xì)度 （0.045 mm篩的篩余）為26.8%，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 MgO的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

（3）粗細(xì)骨料。采用灰?guī)r人工砂和碎石，取自貴州某水電站工地。人工砂的細(xì)度模數(shù)為2.43，屬中細(xì)砂，顆粒級(jí)配屬于第Ⅱ區(qū)，級(jí)配良好，砂的視密度2.715 g/cm3，吸水率2.31%。粗骨料由工地加工成小石 （5～20 mm）、 中石 （20～40 mm）兩級(jí)。

（4）外加劑。采用奈系高效減水劑，其品質(zhì)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)室拌制外摻MgO的水泥凈漿、砂漿和混凝土砂漿。其中，MgO的外摻量按膠凝材料總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計(jì)。

（1）水泥凈漿的壓蒸試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果處理按 《水泥安定性試驗(yàn)方法 (壓蒸法)》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

（2）砂漿、混凝土砂漿的壓蒸試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果處理按 《水泥砂漿安定性試驗(yàn)方法 （試行）》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

（3）試驗(yàn)使用砂漿的砂灰比為3.0。試驗(yàn)使用的混凝土基準(zhǔn)配合比為：一級(jí)配混凝土，水泥317 kg/m3、 水 174.5 kg/m3、 砂 873.5 kg/m3、 小石 1 113 kg/m3；二級(jí)配混凝土，水泥275 kg/m3、水151.3 kg/m3、 砂 850 kg/m3、 小石 510 kg/m3、 中石 765 kg/m3。試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)改變減水劑的摻量以控制拌和物的坍落度在70～90 mm?；炷辽皾{的配合比，由相應(yīng)級(jí)配混凝土去除粗骨料得到。

（4）介質(zhì)的孔隙參數(shù)采用吸水動(dòng)力學(xué)方法測(cè)定。使用與壓蒸試驗(yàn)相同的原材料進(jìn)行試驗(yàn)，試件為邊長(zhǎng)70.7 mm的立方體，靜置24 h拆模后置于標(biāo)準(zhǔn)霧室中養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期，在105℃條件下烘干至恒量，再冷卻至室溫后用感量為0.01 g的液體天平測(cè)定試件在水中的質(zhì)量隨吸水歷時(shí)的變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

不同MgO外摻量的水泥凈漿、水泥砂漿、一級(jí)配混凝土砂漿、二級(jí)配混凝土砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3～6；180 d吸水過(guò)程曲線見(jiàn)圖1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從表3～6和圖1可以看出，若以壓蒸膨脹率曲線的拐點(diǎn) （并參考?jí)赫襞蛎浡什淮笥?.5%）進(jìn)行控制，則本試驗(yàn)的水泥凈漿MgO外摻量不應(yīng)超過(guò)2.3%（考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應(yīng)不超過(guò)4.77%）；砂漿MgO外摻量不應(yīng)超過(guò)4.5% （考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應(yīng)不超過(guò)6.97%）；一級(jí)配混凝土砂漿MgO外摻量不應(yīng)超過(guò)4.5% （考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應(yīng)不超過(guò)6.97%）；二級(jí)配混凝土砂漿MgO外摻量不應(yīng)超過(guò)5.5% （考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應(yīng)不超過(guò)7.97%）。這時(shí)，試樣180 d的質(zhì)量吸水率相對(duì)較低 （即孔隙率較?。?，28～180 d吸水率的降低率較大，試樣的其他孔隙參數(shù) （如孔徑的均勻性、平均孔徑等參數(shù)）隨齡期的延長(zhǎng)有較大的改善。

表3 水泥凈漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測(cè)試結(jié)果

表4 水泥砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測(cè)試結(jié)果

表5 一級(jí)配混凝土砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測(cè)試結(jié)果

表6 二級(jí)配混凝土砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測(cè)試結(jié)果

圖1 180 d齡期吸水過(guò)程曲線

輕燒MgO之所以具有延遲膨脹性能，是因?yàn)樗V石水化緩慢并具有膨脹性。水泥的水化是逐漸（但大部分在28 d之前）進(jìn)行的，隨著水泥水化齡期的延長(zhǎng)，水泥石越來(lái)越密實(shí)。適量的輕燒MgO的存在降低了水泥石的孔隙率，有利于孔隙構(gòu)造的改善。而MgO過(guò)量則會(huì)破壞水泥石的結(jié)構(gòu)，不利于孔隙構(gòu)造的改善，甚至破壞水泥石密實(shí)度。這是水泥凈漿、水泥砂漿和一、二級(jí)配混凝土砂漿壓蒸膨脹率與MgO摻量關(guān)系曲線都出現(xiàn)拐點(diǎn)的原因，也是摻入過(guò)量的MgO時(shí)，試樣的質(zhì)量吸水率或1 h的吸水過(guò)程線高于MgO外摻量為零的試樣的原因。

3 結(jié)論

（1）隨著MgO外摻量的提高，水泥凈漿、砂漿和混凝土砂漿的壓蒸膨脹率增大。

（2）MgO的外摻量超過(guò)某一數(shù)值后，水泥凈漿、砂漿和混凝土砂漿的壓蒸膨脹率隨MgO外摻量的提高顯著增長(zhǎng)，即出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)。

（3）試樣的孔隙率及孔隙構(gòu)造與MgO的外摻量有必然的聯(lián)系。根據(jù)介質(zhì)的孔隙率及孔隙構(gòu)造的觀測(cè)結(jié)果，可以評(píng)估介質(zhì)的體積安定性。

（4）在MgO的安定摻量范圍內(nèi)，隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，介質(zhì)的孔隙率降低較明顯，孔徑均勻性、平均孔徑等參數(shù)得到顯著的改善。

［1］ 曹澤生，徐錦華.氧化鎂混凝土筑壩技術(shù) ［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2003.

［2］ A·E·謝依金（蘇）， 等.水泥混凝土的結(jié)構(gòu)與性能［M］.胡春芝，等譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1984.