膨脹劑對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土性能影響的研究進(jìn)展

李　鵬，苗　苗 ，馬曉杰

(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶　400045)

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膨脹劑對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土性能影響的研究進(jìn)展

李鵬，苗苗 ，馬曉杰

(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400045)

通過(guò)摻加膨脹劑來(lái)補(bǔ)償收縮變形是解決混凝土收縮開裂的重要途徑之一。膨脹劑的摻加往往對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土工作性有不利影響，且隨摻量增加，不利程度增加。一定摻量范圍內(nèi)，膨脹劑的摻加對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能影響不大，但能改善混凝土耐久性；摻量繼續(xù)增加則會(huì)破壞混凝土微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致力學(xué)性能和耐久性大幅下降。同等摻量下，施加一定外部約束對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土密實(shí)度和力學(xué)性能有改善作用。目前針對(duì)低水膠比條件下，膨脹劑對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土性能的影響研究則相對(duì)較少。

膨脹劑； 補(bǔ)償收縮； 耐久性； 強(qiáng)度； 孔隙率

1　引　言

體積穩(wěn)定性是混凝土研究熱點(diǎn)之一，也是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要考慮因素。通常，混凝土澆筑成型后不可避免地發(fā)生收縮，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致開裂，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，耐久性降低，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力的損失和混凝土結(jié)構(gòu)外觀及清潔性的降低。

針對(duì)混凝土的收縮開裂，已有很多相應(yīng)的解決辦法，對(duì)普通混凝土，通常是通過(guò)外部濕養(yǎng)護(hù)減弱其收縮量[1]。但對(duì)由于水膠比較低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，滲透率很低的高強(qiáng)高性能混凝土，或大體積混凝土而言，內(nèi)部處于絕濕環(huán)境，通過(guò)外部濕養(yǎng)護(hù)降低混凝土的自收縮的傳統(tǒng)方法就無(wú)效了[2]。近年來(lái)，向混凝土中摻含飽和水的多孔輕骨料或超吸水聚合物來(lái)補(bǔ)充混凝土內(nèi)部的水分-即內(nèi)養(yǎng)護(hù)，以降低混凝土的自干燥程度進(jìn)而阻礙自收縮的發(fā)展已成為研究的熱點(diǎn)和常見的措施[3-5]。但使用輕骨料代替天然骨料會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降[6]，而超吸水聚合物成本較高。降低混凝土的干燥收縮采用的方法常有加入減縮劑[7,8]，有時(shí)則是混合使用減縮劑和膨脹劑[9,10]。

與以上措施相比，在混凝土中摻加膨脹劑利用其產(chǎn)生的膨脹效應(yīng)補(bǔ)償混凝土的收縮制成體積穩(wěn)定性好的補(bǔ)償收縮混凝土是一種常用的經(jīng)濟(jì)，有效又實(shí)用的方法。但由于膨脹劑的水化過(guò)程和產(chǎn)物會(huì)對(duì)其它膠凝材料的水化及混凝土的微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響，進(jìn)而影響混凝土的性能和使用。因此，對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土，除要保證體積穩(wěn)定性外，還要保證其它性能滿足使用要求。本文嘗試總結(jié)關(guān)于補(bǔ)償收縮混凝土性能的研究進(jìn)展。

2　膨脹劑對(duì)混凝土性能影響機(jī)理

材料的性能取決于組成和結(jié)構(gòu)?；炷林屑尤肱蛎泟┖螅蛎泟┧认牧怂蚱渌z凝材料的水化產(chǎn)物，也生成了新物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)也有重要影響。

孔隙尺寸分布和密實(shí)度是影響混凝土力學(xué)和耐久性能最重要因素之一，膨脹劑的摻加對(duì)二者均造成重大影響。膨脹劑摻量對(duì)孔隙率和密實(shí)度的影響有一個(gè)臨界范圍，臨界摻量范圍內(nèi)，產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力的“擠壓作用”提高了水泥石中水化產(chǎn)物的密實(shí)程度[11,12]，改善界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)[13-17]和降低孔隙率并改善孔徑分布[12,18,19]，部分水化結(jié)晶產(chǎn)物填充孔隙降低了孔隙率[17]，研究[20]也證明了這一點(diǎn)，并認(rèn)為膨脹劑可與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，生成鈣礬石填充混凝土毛細(xì)孔；但若摻量過(guò)大[21]，會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的膨脹應(yīng)力破壞水泥石或界面過(guò)渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)甚至產(chǎn)生裂縫，降低密實(shí)程度[22]。這兩個(gè)矛盾的相對(duì)大小決定了摻量的臨界范圍。外部約束條件存在時(shí)，既能提高膨脹劑摻量臨界范圍，又能降低水泥石孔隙率，改善孔隙分布及界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)[18,23]。屠柳青[24]針對(duì)約束條件下HCSA膨脹劑摻量為0%， 10%的混凝土試樣和無(wú)約束條件下?lián)搅繛?0%試樣孔結(jié)構(gòu)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：累計(jì)孔隙率分別為0.1090mg/L，0.0890mg/L和0.1742mg/L，且約束條件下10%摻量試樣孔結(jié)構(gòu)中，10～200nm和200～1000nm孔較之無(wú)約束條件試樣均有明顯減少；膨脹劑摻入后，混凝土中1000nm以下小孔數(shù)量有所降低。

膨脹劑水化消耗了水或其它膠凝材料水化產(chǎn)物，對(duì)混凝土早期工作性和強(qiáng)度有重大影響；同時(shí)，生成物位置、數(shù)量、形貌和種類對(duì)混凝土內(nèi)堿度，孔隙率等均有重要影響，進(jìn)而影響混凝土力學(xué)性能和耐久性。按化學(xué)成分不同，膨脹劑可分為硫鋁酸鈣類膨脹劑，氧化鈣類膨脹劑和硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑和氧化鎂類膨脹劑，不同種類膨脹劑水化機(jī)理和水化產(chǎn)物不同，進(jìn)而對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土影響不同：硫鋁酸鈣類膨脹劑是指與水、水泥拌和后經(jīng)水化生成鈣礬石的混凝土膨脹劑，也是我國(guó)目前用量最大，使用范圍最廣的膨脹劑，典型的如UEA、ZY和CSA等系列。硫鋁酸鈣類膨脹劑主要成分為無(wú)水石膏和無(wú)水硫鋁酸鈣，主要水化產(chǎn)物為鈣礬石，具有早期水化速率快，水化程度大，需水量多等特點(diǎn)。硫鋁酸鈣類膨脹劑具有對(duì)濕養(yǎng)護(hù)要求較高，早期膨脹速率大，膨脹產(chǎn)生量大，隨時(shí)間延長(zhǎng)膨脹速率逐漸降低并逐步穩(wěn)定的膨脹性能特點(diǎn)[2,15]。早期對(duì)混凝土中水分消耗及大量針棒狀鈣礬石的生成增大了水泥凈漿粘度和屈服值，降低了混凝土工作性，且摻量越大，降低效果越明顯。生成鈣礬石的反應(yīng)物中的氫氧化鈣來(lái)源于水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣，故使用硫鋁酸鈣降低了水泥石中氫氧化鈣含量，進(jìn)而對(duì)混凝土中礦物摻合料水化及混凝土抗碳化、抗硫酸鹽侵蝕等造成影響。

氧化鈣類膨脹劑是指與水、水泥拌和后經(jīng)水化產(chǎn)生氫氧化鈣的混凝土膨脹劑。氧化鈣類膨脹劑是最新一代應(yīng)用于配制補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹劑，具有膨脹效能高、對(duì)工作性和強(qiáng)度影響小、溫濕度敏感性低等優(yōu)異性能，正逐步取代傳統(tǒng)硫鋁酸鹽類膨脹劑[25]。當(dāng)前關(guān)于氧化鈣類膨脹劑對(duì)混凝土性能影響研究鮮見報(bào)導(dǎo)。

硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑是指與水、水泥拌和經(jīng)水化產(chǎn)生氫氧化鈣和鈣礬石的膨脹劑，典型如HCSA膨脹劑和CEA復(fù)合膨脹劑。硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑主要礦物成分是無(wú)水石膏、生石灰和無(wú)水硫鋁酸鈣，水化產(chǎn)物是氫氧化鈣和鈣礬石水化反應(yīng)中無(wú)需借助水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣即可與無(wú)水硫鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石[11,26]。硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑的礦物組成中含30%～40%的輕燒氧化鈣，多余的氫氧化鈣能使?jié){體溶液長(zhǎng)期保持高堿度[27]，既可避免加入礦物摻合料后降低孔溶液堿度，又有利于提高混凝土抗碳化性能。與硫鋁酸鈣類膨脹劑相比，硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑早期膨脹速度快，產(chǎn)物生成量多，膨脹量大，水化反應(yīng)需水量更多，早期對(duì)水泥水化有一定促進(jìn)作用，對(duì)混凝土工作性能降低幅度要比硫鋁酸鈣類膨脹劑大[11]，對(duì)混凝土力學(xué)性能影響也更大。

氧化鎂類膨脹劑是指與水和水泥拌和后經(jīng)水化產(chǎn)生Mg(OH)2的膨脹劑。氧化鎂類膨脹劑主要成分為MgO及復(fù)摻的生石灰，產(chǎn)物主要為Mg(OH)2。與前面三類膨脹劑相比，氧化鎂類膨脹劑水化速率低，需水量少，水化速率慢但能持續(xù)進(jìn)行，膨脹性能表現(xiàn)為早期膨脹速率不高，膨脹量不大但膨脹能持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生多達(dá)十幾年，總膨脹量較大[2,28,29]。Mg(OH)2穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)及比氫氧化鈣低達(dá)200倍的低溶解度[22]決定了氧化鎂類膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響途徑更多是通過(guò)膨脹引起的結(jié)構(gòu)改變。

3　補(bǔ)償收縮混凝土性能研究

混凝土性能主要可分為：工作性能、力學(xué)性能和耐久性能三大類。硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類和氧化鎂類膨脹劑對(duì)混凝土性能影響是常見研究對(duì)象，關(guān)于氧化鈣類膨脹劑對(duì)混凝土性能影響的研究則鮮見報(bào)導(dǎo)。

3.1膨脹劑對(duì)新拌混凝土工作性能的影響

研究普遍認(rèn)為膨脹劑能降低新拌混凝土流動(dòng)性，且隨摻量增加降低效果越明顯[30-32]。這是由于膨脹劑水化通常發(fā)生在早期，造成混凝土中自由水降低；同時(shí)產(chǎn)物生成量多，針狀或柱狀鈣礬石和板狀氫氧化鈣顯然增大了水泥凈漿的粘度和屈服剪切應(yīng)力，進(jìn)而降低了新拌混凝土流動(dòng)性[11,30,31]。劉永強(qiáng)[11]發(fā)現(xiàn)：10%的HCSA和UEA摻入混凝土后，擴(kuò)展度分別降低25mm和15mm；隨HCSA摻量增加，流動(dòng)性降低；膨脹劑摻量相同時(shí)，水膠比越低，加入HCSA的超高性能混凝土流動(dòng)性越低。 膨脹劑能使高性能混凝土的流動(dòng)性損失較大，因此不宜摻入過(guò)多。

由于膨脹劑凝結(jié)速度快，凝結(jié)時(shí)間比水泥早，同時(shí)膨脹劑早期快速水化反應(yīng)消耗大量水，生成大量水化產(chǎn)物，使得凝結(jié)時(shí)間提前，進(jìn)而增加了混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失[30]。有研究[11]認(rèn)為，摻膨脹劑后，新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失加快，這是由于膨脹劑早期水化較快，隨時(shí)間推移，鈣礬石、氫氧化鈣等結(jié)晶產(chǎn)物析出量逐漸增多，進(jìn)而導(dǎo)致粘聚度增強(qiáng)引起的。

由于膨脹劑的摻加加速了膠凝材料水化，晶體析出迅速，因此縮短了新拌混凝土中結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)框架形成時(shí)間，故初凝時(shí)間較短。游寶坤等[31]發(fā)現(xiàn)：膨脹劑使混凝土凝結(jié)時(shí)間提前，內(nèi)摻12%～15%UEA膨脹劑的新拌混凝土，與未摻膨脹劑的空白混凝土相比，約提前60min。劉永強(qiáng)[11]發(fā)現(xiàn)：UEA和HCSA兩種膨脹劑均可縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間，10%摻量下，摻HCSA與UEA和未摻膨脹劑的初凝時(shí)間分別為18.5h，22.8h和24.2h；同水膠比，同等摻量時(shí)，HCSA膨脹劑更能縮短混凝土的初凝時(shí)間。

目前，膨脹劑對(duì)混凝土工作性影響研究多集中在硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑，而對(duì)于氧化鈣類和氧化鎂類膨脹劑研究較少，尤其是氧化鎂類膨脹劑與其它種類膨脹劑相比，具有需水量少，膨脹速度慢特點(diǎn)，結(jié)論可能有差異，但有待于進(jìn)一步研究。

3.2補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能研究進(jìn)展

影響補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能的主要因素有：膨脹劑種類及摻量，水膠比，礦物摻合料等。研究中一般采取單因素分析，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往受多因素交叉影響，使得對(duì)結(jié)果的預(yù)測(cè)更加復(fù)雜困難。

摻入膨脹劑后，膨脹劑雖然水化快速，但其水化產(chǎn)物不具膠凝特性，故相當(dāng)于降低了膠凝材料總量，增大了有效水膠比，進(jìn)而混凝土強(qiáng)度降低；但摻量適中時(shí)，受混凝土自身強(qiáng)度或外界限制條件約束，膨脹劑產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力能提高混凝土密實(shí)度[11,19,23]，改善界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)[13-18]，進(jìn)而提高混凝土強(qiáng)度。兩種矛盾效應(yīng)的相對(duì)大小決定了混凝土宏觀強(qiáng)度大小。大部分研究表明，膨脹劑在一定摻量范圍內(nèi)，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度無(wú)影響或略提高，甚至能增加混凝土后期強(qiáng)度；摻量繼續(xù)增加，強(qiáng)度則迅速下降[24]。不同種類膨脹劑臨界摻量范圍不同。王棟民等[33]發(fā)現(xiàn)：CSA摻量低于12%時(shí)，3d強(qiáng)度隨膨脹劑摻量增加而降低，7d強(qiáng)度和不摻膨脹劑時(shí)相近，28d強(qiáng)度有一定程度增加；膨脹劑摻量達(dá)15%時(shí)，強(qiáng)度下降，且3d，7d強(qiáng)度下降幅度遠(yuǎn)大于28d。文獻(xiàn)[12,32]使用硫鋁酸鈣類膨脹劑也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)論。趙順增等[23]發(fā)現(xiàn)：膠凝材料均為380kg/m3且水膠比為0.45情況下，HCSA膨脹劑摻量少于40kg/m3時(shí)，混凝土自由強(qiáng)度與普通混凝土相比無(wú)太大變化，而限制強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)；只是摻量為10kg/m3時(shí)，自由強(qiáng)度稍大；摻量大于40kg/m3時(shí)，自由強(qiáng)度顯著下降，且28d自由強(qiáng)度下降幅度比7d下降幅度大。文獻(xiàn)[11,24]針對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度與HCSA摻量關(guān)系研究也得到了類似結(jié)論。楊易靈[34]發(fā)現(xiàn)：隨HCSA膨脹劑摻量增多，抗折強(qiáng)度先增大后減少，當(dāng)摻量從0%增至6%時(shí)，抗折強(qiáng)度逐漸增大，摻量從6%增至10%時(shí)，抗折強(qiáng)度逐漸減??；膨脹劑摻量為4%，6%，8%和10%比不摻膨脹劑的試塊抗折強(qiáng)度分別提高0.70%、6.17%、-2.83%和-4.95%。李承木[29]針對(duì)MgO混凝土力學(xué)性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一定摻量范圍內(nèi)，外摻氧化鎂類膨脹劑能促進(jìn)混凝土抗壓、抗拉、彈性模量等力學(xué)性能增長(zhǎng)，且隨摻量增加而增加。但劉加平[19]發(fā)現(xiàn)：與不摻膨脹劑的基準(zhǔn)混凝土相比，氧化鎂復(fù)合膨脹劑摻入后制得的補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度有一定降低；水膠比越低，補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度越大；水膠比一定，補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度隨養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng)而減?。坏蛎泟┠茉谝欢ǔ潭壬显龃蠡炷僚芽估瓘?qiáng)度，水膠比越高，膨脹劑對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度增加幅度越明顯。

水膠比對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能有重要影響，馮竟竟[26]發(fā)現(xiàn)與水膠比相比，HCSA膨脹劑摻量對(duì)強(qiáng)度影響較小。文獻(xiàn)[23]發(fā)現(xiàn)：膠凝材料為380kg/m3且膨脹劑HCSA摻量為40kg/m3時(shí)，補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度隨水膠比增大而降低，水膠比超過(guò)0.5時(shí)，7d強(qiáng)度顯著下降；28d強(qiáng)度顯著下降的水膠比拐點(diǎn)在0.55左右。馮竟竟[26]針對(duì)水膠比為0.40和0.35，采用HCSA膨脹劑摻量為10%，并摻有22.5%，37.5%，52.5%礦渣，7.5%硅灰的水泥膠砂試件各齡期強(qiáng)度發(fā)展進(jìn)行研究：由前期正交試驗(yàn)中對(duì)各齡期抗壓強(qiáng)度的極差分析結(jié)果[35]可知，對(duì)強(qiáng)度影響最大的是水膠比，水膠比越大，強(qiáng)度越低。

影響補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能的重要因素還有礦物摻合料和養(yǎng)護(hù)溫度。苗苗等[36]發(fā)現(xiàn)：粉煤灰在不同養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展都有抑制作用，長(zhǎng)期高溫養(yǎng)護(hù)后，粉煤灰活性逐漸顯現(xiàn)，顯著地促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)；粉煤灰摻量越大，混凝土強(qiáng)度增幅越大，混凝土強(qiáng)度對(duì)溫度敏感性越高；硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑膨脹效能的發(fā)揮對(duì)溫度非常敏感，養(yǎng)護(hù)溫度越高，膨脹劑的水化速度越快，膨脹作用發(fā)揮越早。馮竟竟[26]針對(duì)HCSA膨脹劑摻量10%，并摻有22.5%，37.5%，52.5%礦渣，7.5%硅灰的水泥膠砂試件各齡期強(qiáng)度發(fā)展研究發(fā)現(xiàn)：磨細(xì)礦渣摻量越大，強(qiáng)度越低。李承木[29]發(fā)現(xiàn)摻粉煤灰后MgO混凝土彈性模量會(huì)直線下降，長(zhǎng)期力學(xué)性能增加。文獻(xiàn)[22]針對(duì)近年來(lái)有關(guān)MgO混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了綜述，并得出結(jié)論：摻加適量MgO能提高混凝土抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，彈性模量，拉伸應(yīng)變能力等力學(xué)性能。

3.3補(bǔ)償收縮混凝土耐久性能研究進(jìn)展

膨脹劑產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力對(duì)混凝土密實(shí)度和界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu)影響較大；同時(shí)膨脹劑的水化也影響混凝土孔溶液堿度、內(nèi)部成分等，進(jìn)而影響抗碳化，抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能。硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑對(duì)混凝土耐久性研究結(jié)論較多樣，而關(guān)于氧化鎂類膨脹劑的研究結(jié)論則較為統(tǒng)一。文獻(xiàn)[22]針對(duì)近年有關(guān)MgO混凝土耐久性研究進(jìn)行綜述，得出結(jié)論：適量氧化鎂類膨脹劑能提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕、抗凍、抗?jié)B等性能。文獻(xiàn)[37-39]認(rèn)為限制條件下，MgO膨脹劑能促使混凝土更密實(shí)，進(jìn)而提高混凝土耐久性能，但若氧化鎂類膨脹劑摻量過(guò)多或類型不適，將導(dǎo)致混凝土微觀結(jié)構(gòu)損壞，耐久性能下降[22]。

3.3.1補(bǔ)償收縮混凝土抗碳化性能影響研究進(jìn)展

碳化降低了混凝土中毛細(xì)孔溶液pH值及各水泥水化產(chǎn)物穩(wěn)定性，同時(shí)破壞了保護(hù)鋼筋的鈍化膜，進(jìn)而影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。臨界摻量范圍內(nèi)膨脹劑的加入或外部約束能使混凝土更致密，具有更好的抗氣滲性；但摻量過(guò)多時(shí)，過(guò)度膨脹會(huì)破壞混凝土微觀結(jié)構(gòu)，增加滲透性[40]。膨脹劑種類不同，對(duì)混凝土密實(shí)度和堿度及可碳化物質(zhì)數(shù)量影響不同：硫鋁酸鈣類膨脹劑水化消耗氫氧化鈣生成鈣礬石，降低了可碳化物質(zhì)數(shù)量但增加了密實(shí)度[41]；硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑水化既增加氫氧化鈣含量又增加了密實(shí)度[24-27,41]；氧化鎂類膨脹劑雖生成Mg(OH)2，但由于溶解度低[22]，故對(duì)抗碳化能力貢獻(xiàn)有待研究。趙順增等[41]認(rèn)為HCSA和ZY均能有效減緩混凝土碳化速率，HCSA抗碳化性能更好，兩類膨脹劑均有各自最佳摻量。屠柳青[24]認(rèn)為從孔結(jié)構(gòu)改善方面來(lái)說(shuō)，HCSA對(duì)混凝土抗碳化性能影響不如增加堿性物質(zhì)儲(chǔ)備量方面明顯。游寶坤等[31]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償收縮混凝土抗碳化性能優(yōu)于不摻膨脹劑的混凝土：摻UEA、PNC、JM-Ⅱ三種膨脹劑的C30～C40混凝土28d碳化深度為0.8～5.1mm，小于對(duì)比試驗(yàn)同配比普通混凝土，且一年和兩年碳化深度未發(fā)生大的變化，其碳化速度系數(shù)小于普通混凝土。屠柳青[24]發(fā)現(xiàn)：向粉煤灰混凝土中加入HCSA，雖在早期可增加混凝土內(nèi)氫氧化鈣含量，但因膨脹勢(shì)能作用和氫氧化鈣晶體取向生長(zhǎng)分布特征，自由變形條件下膨脹劑的使用劣化了混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，提高了CO2滲透能力，最終加速混凝土碳化速率；單向約束條件下，膨脹劑水化產(chǎn)物可填充混凝土部分孔隙，密實(shí)其微觀結(jié)構(gòu)，相比無(wú)約束條件顯著降低了混凝土碳化速度。李承木[29]發(fā)現(xiàn)5%摻量MgO的混凝土在28d碳化后，碳化深度降低2.24%。

3.3.2補(bǔ)償收縮混凝土抗?jié)B性影響研究進(jìn)展

混凝土抗?jié)B性是指抵抗外界液體或氣體滲透通過(guò)的性質(zhì)，抗?jié)B性主要與混凝土自身密實(shí)程度和連通孔多少有關(guān)。向混凝土中摻入膨脹劑，臨界摻量范圍內(nèi)或外部約束使得膨脹產(chǎn)物的膨脹應(yīng)力促進(jìn)了水泥石的密實(shí)；同時(shí)，細(xì)小的膨脹產(chǎn)物對(duì)孔隙的填充作用也降低了孔徑尺寸，進(jìn)而提高混凝土抗?jié)B性[42,43]。王棟民[44,45]發(fā)現(xiàn)CSA膨脹劑與礦物摻合料復(fù)摻時(shí)，可提高混凝土抗?jié)B性，這是由于復(fù)摻膨脹劑和細(xì)摻料的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，微觀結(jié)構(gòu)致密，微缺陷減少。李承木[29]發(fā)現(xiàn)MgO微膨脹混凝土具有相當(dāng)好的抗?jié)B能力，與不摻相比，外摻5%MgO混凝土的抗?jié)B透能力可提高60%以上，非約束混凝土滲透系數(shù)比約束的大了7倍。張立俊[46]發(fā)現(xiàn)CSA膨脹劑能大幅度降低混凝土電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)，在氯離子腐蝕的環(huán)境條件下，能延緩氯離子進(jìn)入鋼筋混凝土內(nèi)部到達(dá)鋼筋表面的速度，進(jìn)而提高混凝土的耐久性。

3.3.3補(bǔ)償收縮混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能影響研究進(jìn)展

3.3.4補(bǔ)償收縮混凝土抗凍性能影響研究進(jìn)展

嚴(yán)寒地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)建筑不可避免處于正負(fù)溫度交替，混凝土結(jié)構(gòu)可能由于凍融循環(huán)破壞作用而性能下降。補(bǔ)償收縮混凝土因膨脹劑水化產(chǎn)物可填充部分大空隙，使混凝土內(nèi)部水結(jié)冰產(chǎn)生的凍脹力較小，試件表面產(chǎn)生裂縫也比普通混凝土少，能緩解凍融破壞程度。李承木[29]發(fā)現(xiàn)摻MgO能提高粉煤灰混凝土抗凍性能，MgO混凝土的各項(xiàng)凍融技術(shù)指標(biāo)都優(yōu)于普通混凝土。黃偉[48]發(fā)現(xiàn)凍融100次后，普通混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度分別下降35.2%和44.1%，而補(bǔ)償收縮混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度分別下降30.3%和35.3%，說(shuō)明適當(dāng)摻入膨脹劑能提高混凝土抗凍性。

4　結(jié)　論

(1)膨脹劑對(duì)混凝土工作性有重要影響，因自身水化反應(yīng)在早期快速進(jìn)行，且對(duì)水化反應(yīng)的促進(jìn)及水化產(chǎn)物大量產(chǎn)生降低了新拌混凝土流動(dòng)性、縮短凝結(jié)時(shí)間并增大坍落度經(jīng)時(shí)損失;

(2)膨脹劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響與外部約束存在與否及膨脹劑摻量有關(guān)。無(wú)外部約束時(shí)，一定摻量范圍內(nèi)，膨脹劑對(duì)混凝土強(qiáng)度無(wú)明顯影響，但超過(guò)一定摻量后，由于膨脹量過(guò)大破壞了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低混凝土強(qiáng)度；存在外部約束時(shí)，一定摻量范圍內(nèi)，對(duì)膨脹變形約束使得膨脹能對(duì)結(jié)構(gòu)有改善作用，進(jìn)而增大混凝土強(qiáng)度值;

(3)膨脹劑對(duì)混凝土密實(shí)度和水化產(chǎn)物有重要影響，進(jìn)而影響混凝土耐久性。無(wú)外部約束時(shí)，適當(dāng)摻量范圍內(nèi)，膨脹劑能降低混凝土孔隙率，進(jìn)而增加密實(shí)度，帶CaO成分的膨脹劑還能增加混凝土孔溶液堿度，從而增強(qiáng)混凝土耐久性；但超過(guò)這一摻量范圍后則破壞混凝土結(jié)構(gòu)，降低耐久性能。膨脹劑摻量相同時(shí)，外部約束有利于提高混凝土密實(shí)程度;

(4)當(dāng)前關(guān)于膨脹劑對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土性能影響研究多集中在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，而對(duì)膨脹劑對(duì)收縮機(jī)理和組織成分結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化的高強(qiáng)高性能混凝土的性能影響研究較少。

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EffectofExpansiveAgentonthePerformanceofShrinkage-CompensatedConcrete

LI Peng,MIAO Miao,MA Xiao-jie

(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

Compensatingconcreteshrinkagebyaddingexpansiveagentisoneofthemosteffectiveapproachestoresolvetheproblemofshrinkageandcracking.Expansiveagenthasnegativeeffectontheworkabilityofconcrete.Andwiththeincreasingofthedosage,thedegreeofadverseeffectsincreases,too.Expansiveagenthasnoeffectonthemechanismofshrinkage-compensatedconcretewithinacertainrange,butthedurabilitywillbeimproved.However,thefurtherincreasingdosagewilldestructthemicrostructureofconcrete,resultinginthedecreaseofmechanismanddurabilityofconcrete.Whenthedosageofexpansiveagentisconstant,theexternalrestrainthasapositiveeffectonthedensityandmechanismofshrinkage-compensatedconcrete.Nonetheless,researchingonthepropertiesofshrinkage-compensatedconcretewhichhaslowrationofwatertobinderisinsufficient.

expansiveagent;shrinkage-compensation;durability;strength;porosity

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(CDJZR13130029);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金新教師類資助課題 (20130191120019)

李鵬(1989-)，男，碩士研究生.主要從事高性能混凝土方面的研究.

苗苗，博士，講師.

TU528

A

1001-1625(2016)01-0167-07