摻MgO膨脹劑混凝土的耐久性探討

張 凡 姚宇飛 馬 嘯 張雙艷

(武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430082)

1 問題的提出

為防止混凝土因溫降收縮而開裂，目前除了施工過程中的混凝土溫控措施以外，向混凝土內(nèi)摻入MgO膨脹劑也是行之有效的方法。但是，MgO膨脹劑摻入混凝土內(nèi)，是否影響混凝土的耐久性仍是一個(gè)值得探討的問題。

2 摻MgO膨脹劑混凝土的耐久性

圍繞MgO混凝土耐久性問題，目前已有學(xué)者做了相關(guān)研究。任金來(lái)[1]通過對(duì)外摻MgO混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗沖耐磨的耐久性能試驗(yàn)，得出：隨MgO摻量的提高，混凝土抗?jié)B性能提高(MgO水化產(chǎn)生的Mg(OH)2聚集在MgO顆粒表面，會(huì)充填混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔，使混凝土的孔隙率減小，從而增強(qiáng)混凝土的阻水能力，提高混凝土的抗?jié)B性)；抗凍性能提高，且在MgO摻量為4%以內(nèi)時(shí)，混凝土的抗凍性隨MgO摻量的增加而增加(摻MgO膨脹劑使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，提高混凝土的抗凍性)；摻量4%的MgO使混凝土的抗沖耐磨性提高(磨損率減小33%，抗沖磨強(qiáng)度提高了30%)。李家正、陳霞等[2]總結(jié)分析了摻MgO混凝土的力學(xué)性能、變形性能和長(zhǎng)期耐久性能，研究表明摻MgO能顯著改善混凝土的干縮、自身體積變形、徐變和抗?jié)B、抗凍、抗沖磨性能，略微降低混凝土的彈模，延緩混凝土碳化的速率，減小碳化深度，總體認(rèn)為摻MgO混凝土的整體性能優(yōu)于普通混凝土。李承木[3]將齡期為10年和12年的MgO混凝土抗壓強(qiáng)度與其1年的抗壓強(qiáng)度比較，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度僅分別降低了3.1%和4.7%，說(shuō)明MgO混凝土的長(zhǎng)期力學(xué)性能是穩(wěn)定的。胡澤清，朱正貴等[4]對(duì)摻輕燒MgO混凝土的28 d齡期抗凍和抗?jié)B性能做了研究，其結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)要求。李曉勇[5]對(duì)氧化鎂微膨脹混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗沖耐磨以及抗碳化等耐久性能分別進(jìn)行了分析和探討，認(rèn)為在相同條件下，外摻MgO能提高混凝土的耐久性能。華艷茹[6]對(duì)C50氧化鎂微膨脹混凝土抗?jié)B性、抗凍性進(jìn)行了研究，認(rèn)為C50氧化鎂微膨脹混凝土的抗?jié)B性優(yōu)于普通混凝土，抗凍性凍融循環(huán)試驗(yàn)后，其質(zhì)量、強(qiáng)度及彈性模量損失均較低。

3 影響MgO混凝土耐久性的關(guān)鍵問題及現(xiàn)狀分析

3.1 MgO混凝土耐久性現(xiàn)狀探討

目前，摻MgO膨脹劑混凝土能通過其特有的后期微膨脹性能，補(bǔ)償大體積混凝土后期干燥收縮及溫降收縮的觀點(diǎn)已被業(yè)界多數(shù)學(xué)者所接受，但是仍存在兩個(gè)影響MgO混凝土耐久性的問題：其一是MgO膨脹劑如何穩(wěn)定地工業(yè)化生產(chǎn)，即如何得到質(zhì)量穩(wěn)定的MgO膨脹劑，從而避免應(yīng)用于混凝土后，出現(xiàn)質(zhì)量不均一導(dǎo)致的局部膨脹開裂，危害混凝土耐久性；其二是MgO膨脹劑摻入混凝土后，長(zhǎng)齡期后，是否安定性不好導(dǎo)致耐久性差。

針對(duì)第一個(gè)問題，通過在預(yù)熱分解旋轉(zhuǎn)窯煅燒及其精密控制、大批量取樣檢測(cè)、重復(fù)調(diào)整煅燒工藝等方法，目前已能生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、均一的MgO膨脹劑。針對(duì)第二個(gè)問題，摻MgO混凝土的安定性問題，已有不少學(xué)者做過相關(guān)研究。目前得到的共識(shí)是：MgO用于水工大壩大體積混凝土是完全可行的，解決大壩大體積混凝土干縮和溫降收縮的同時(shí)，減少傳統(tǒng)的溫控措施費(fèi)用，具有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且不存在長(zhǎng)期安定性問題。但是，針對(duì)MgO用于工民建混凝土，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為可行，并通過試驗(yàn)研究，說(shuō)明其不存在安定性問題；但同時(shí)，也有少數(shù)學(xué)者對(duì)其混凝土安定性存在疑慮、擔(dān)憂并對(duì)MgO用于工民建持反對(duì)意見。

李承木[3]通過對(duì)內(nèi)含MgO水泥混凝土和外摻輕燒MgO混凝土長(zhǎng)達(dá)20年及10年的觀測(cè)，說(shuō)明MgO自身體積膨脹變形是穩(wěn)定的，同時(shí)通過長(zhǎng)達(dá)12年的力學(xué)變形性能試驗(yàn)，闡明MgO混凝土長(zhǎng)期力學(xué)性質(zhì)是安定的，MgO微膨脹對(duì)混凝土長(zhǎng)期力學(xué)性能的影響不大，不存在安定性問題。而且MgO水化產(chǎn)生的后期微膨脹，補(bǔ)償大壩混凝土干縮和溫降收縮，是溫控防裂的有效措施。姚飛軍，鄧敏，莫立武[7]，通過80 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)三級(jí)配MgO混凝土試件，得出其28 d前膨脹快，之后放緩，90 d時(shí)膨脹趨于穩(wěn)定，不存在不安定的后期膨脹。劉加平，張守治[8]，田倩，姚婷等，針對(duì)民用建筑混凝土收縮開裂的特點(diǎn)，以菱鎂礦為原材料，制備了民用建筑用MgO膨脹劑(UMEA)，研究了摻UMEA水泥凈漿的變形性能，結(jié)果表明：所制備的MgO既具有較大的早期膨脹，又具有持續(xù)的后期微膨脹，對(duì)水泥漿體自收縮和干縮具有較好的補(bǔ)償收縮作用；UMEA在壓蒸條件下表現(xiàn)出良好的體積穩(wěn)定性，即使摻量高達(dá)12%時(shí)，水泥凈漿壓蒸安定性仍然合格，同時(shí)認(rèn)為，UMEA應(yīng)用于民用建筑具有廣闊的發(fā)展前景。

游寶坤，齊東友[9]針對(duì)有關(guān)學(xué)者的研究成果進(jìn)行了評(píng)述，提出MgO膨脹劑幾乎都用在筑壩混凝土上，能否應(yīng)用于一般工民建混凝土，并提出安全性問題及個(gè)人的擔(dān)憂。他認(rèn)為，由于工民建結(jié)構(gòu)大體積混凝土在體量上、水化熱溫降速率與大壩混凝土有很大區(qū)別，MgO不適合工民建大體積混凝土溫降裂縫控制，只適用于混凝土的筑壩工程。游寶坤、趙順增[10]通過試驗(yàn)，認(rèn)為MgO膨脹發(fā)生在7 d～90 d，膨脹速率早期大，后期小，齡期7 d～90 d之間最大，之后每年的膨脹量甚微，膨脹速率逐漸趨于零，而且在東風(fēng)拱壩上，外摻MgO混凝土澆筑后，省去了加冰拌合、水管冷卻、接縫灌漿等措施，工期提前45 d，取得明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益；同時(shí)指出由于MgO水化速度緩慢，其膨脹穩(wěn)定期較長(zhǎng)，因此認(rèn)為MgO膨脹劑適用于大壩混凝土抗裂，而不適用于工業(yè)和民用建筑。另外，游寶坤[11]認(rèn)為，將菱鎂礦或白云石，在立窯中經(jīng)1 000 ℃～1 100 ℃煅燒成氧化鎂膨脹劑，水化慢，早期幾乎無(wú)膨脹，后期膨脹時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，適用于筑壩大體積混凝土補(bǔ)償冷縮，不適用于常溫工民建大體積混凝土。進(jìn)一步解釋其原因，游寶坤[12]認(rèn)為，通過950 ℃±50 ℃煅燒的輕燒MgO摻入大壩混凝土，其水化速度隨混凝土內(nèi)部溫度而變化，大壩混凝土內(nèi)部溫度40 ℃～50 ℃，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，MgO水化速度加快，能較好地補(bǔ)償混凝土后期冷縮；而常溫施工下的工民建，MgO水化速度很慢，后期膨脹難以控制，風(fēng)險(xiǎn)大，因此，出于安全考慮，反對(duì)將輕燒MgO加入工民建混凝土工程。

3.2 MgO混凝土耐久性問題分析

目前，將MgO膨脹劑用于水工大壩混凝土，補(bǔ)償混凝土長(zhǎng)齡期降溫收縮和干燥收縮，已被業(yè)界所認(rèn)可，但將MgO膨脹劑用于工業(yè)與民用建筑仍存在不同的觀點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為可行，并通過實(shí)驗(yàn)室加速反應(yīng)試驗(yàn)及長(zhǎng)達(dá)10年～20年的長(zhǎng)齡期試驗(yàn)，證明MgO混凝土不存在安定性問題。而少數(shù)學(xué)者出于對(duì)工程安全的考慮，仍然對(duì)MgO用于工業(yè)與民用建筑存在憂慮和質(zhì)疑，這需要更多更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)證實(shí)這種憂慮與質(zhì)疑的符實(shí)性。

4 結(jié)語(yǔ)

1)MgO摻入混凝土后，對(duì)混凝土耐久性無(wú)負(fù)面影響，而且會(huì)改善混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗碳化及抗沖擊耐磨損性能，有利于混凝土更耐久。2)以菱鎂礦為原材料，制備MgO膨脹劑，其既具有較大的早期膨脹，又具有持續(xù)的后期微膨脹，對(duì)水泥漿體自收縮和干縮具有較好的補(bǔ)償收縮作用；MgO在壓蒸條件下表現(xiàn)出良好的體積穩(wěn)定性，即使摻量高達(dá)12%時(shí)，水泥凈漿壓蒸安定性仍然合格。3)MgO用于水工大壩，混凝土澆筑后，可省去或部分省去加冰拌合、水管冷卻、接縫灌漿等傳統(tǒng)措施，工期可提前，具有明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。4)MgO用于工業(yè)與民用建筑，目前無(wú)論是短齡期試驗(yàn)和長(zhǎng)齡期試驗(yàn)(長(zhǎng)達(dá)10年～20年齡期)，均顯示MgO混凝土不存在安定性問題，少數(shù)學(xué)者對(duì)于MgO應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑存在憂慮，需要進(jìn)一步試驗(yàn)證實(shí)其符實(shí)性。

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