FQY 高性能膨脹劑（溫控型）的性能研究

楊澤波，辜振睿，王海龍，紀(jì)憲坤

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

0 前言

近年來，隨著混凝土工程結(jié)構(gòu)物尺寸增大、強(qiáng)度等級(jí)提高，地下混凝土工程占比日益增加，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)剛性自防水，防控混凝土工程裂縫，對(duì)提高工程質(zhì)量有著十分重要的意義?；炷林心z凝材料用量的增多，容易引起混凝土溫升值偏高，混凝土結(jié)構(gòu)物外部存在有各種不同的約束條件，混凝土內(nèi)外溫差過大加上混凝土干燥、自身體積收縮，容易引起混凝土結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫[1-3]，影響混凝土結(jié)構(gòu)物的防水性和耐久性。

使用膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，在當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)剛性自防水已有較多的成功案例，但是常規(guī)的膨脹劑，特別是氧化鈣型膨脹劑，其膨脹反應(yīng)速率較快且自身水化放熱也較多，在高溫季節(jié)時(shí)施工、大體積混凝土或高強(qiáng)度等級(jí)混凝土結(jié)構(gòu)物中，很容易產(chǎn)生內(nèi)外溫差過大、降溫速率過快的問題?；诖?，通過膨脹劑與水化熱抑制組分復(fù)合的技術(shù)，可以降低水泥水化熱、從而調(diào)控混凝土溫升歷程，同時(shí)降低膨脹劑反應(yīng)速率，調(diào)控膨脹劑的補(bǔ)償收縮歷程。為降低混凝土結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，提高混凝土工程結(jié)構(gòu)物抗裂性能提供了一個(gè)新的途徑[4-5]。

1 FQY 高性能膨脹劑（溫控型）化學(xué)成分

FQY 高性能膨脹劑（溫控型）是由氧化鈣類膨脹熟料和水化熱抑制組分按一定比例復(fù)合而成，其中氧化鈣類膨脹熟料為自制，HHC-S 水化熱抑制劑主要成分為羥基羧酸類化合物。膨脹熟料化學(xué)成分見表 1。

表 1 膨脹熟料的化學(xué)分析 %

2 摻 FQY 高性能膨脹劑（溫控型）的膠砂性能

采用符合 GB 8076—2008《混凝土外加劑》要求的基準(zhǔn)水泥、符合 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》要求的標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行限制膨脹率以及強(qiáng)度膠砂成型試驗(yàn)，試驗(yàn)按照 GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》的規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)所用基準(zhǔn)水泥化學(xué)分析見表 2，摻 FQY（溫控型）的膠砂性能見表 3，摻 FQY（溫控型）的膠砂限制膨脹率在 20℃ 水中的發(fā)展曲線見圖 1。

表 2 試驗(yàn)用基準(zhǔn)水泥的化學(xué)分析 %

表 3 摻 FQY（溫控型）的膠砂性能

圖 1 膠砂試塊在 20℃ 水中限制膨脹率發(fā)展曲線

FQY（溫控型）以摻量 8%、10% 內(nèi)摻取代基準(zhǔn)水泥制成膠砂試塊，在 20℃ 水中養(yǎng)護(hù) 0～7d 時(shí)，限制膨脹率發(fā)展趨勢(shì)基本相同，10% 摻量相比 8% 摻量的限制膨脹率大約有 0.03% 的提高。且通過曲線發(fā)現(xiàn)，從 0d開始，8%、10% 摻量下的膠砂限制膨脹率差值逐漸增大。

為了探究其后期限制膨脹率的發(fā)展，7d 后繼續(xù)在20℃ 水中養(yǎng)護(hù)到 14d，測(cè)試限制膨脹率。由表 3、圖 2數(shù)據(jù)可知，摻 FQY（溫控型）膠砂在 7～14d 內(nèi)仍有部分膨脹，且 7～14d 內(nèi)的限制膨脹率仍較大，說明膨脹劑 0～7d 水化反應(yīng)、膨脹受到抑制，而后期繼續(xù)水中養(yǎng)護(hù)，其膨脹能可以反應(yīng)更完全。

3 摻 FQY（溫控型）的混凝土性能

混凝土成型采用 P·O42.5 水泥、中砂、5～25mm 碎石、F 類 Ⅱ 級(jí)粉煤灰和 PCA 聚羧酸減水劑?；炷猎囼?yàn)用膠凝材料化學(xué)分析見表 4，摻 FQY（溫控型）混凝土配合比設(shè)計(jì)見表 5，摻 FQY（溫控型）混凝土的性能見表 6。

表 4 試驗(yàn)用膠凝材料的化學(xué)分析 %

表 5 摻 FQY（溫控型）的混凝土配合比 kg/m3

表 6 摻 FQY（溫控型）的混凝土性能

在實(shí)際試驗(yàn)過程中，摻 FQY（溫控型）后，隨著摻量增加，減水劑用量比顯著降低，約 10%～50%，說明 FQY（溫控型）中的抑制劑成分也能在一定程度上改善混凝土拌合物的流動(dòng)性。通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，空白配比與摻溫控型膨脹劑的抗?jié)B試件，在0.8MPa 水壓力條件下均無透水現(xiàn)象，滿足抗?jié)B設(shè)計(jì) P8要求；摻 FQY（溫控型）6%～8%，混凝土限制膨脹率凈值 0.02%～0.03%，摻量加大，膨脹率提升。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)補(bǔ)償收縮設(shè)計(jì)值，合理控制摻量。

4 摻 FQY（溫控型）的水泥水化熱

水化熱測(cè)試采用了法國(guó) SETARAM 公司的 C80 微量熱儀；根據(jù)各自儀器的特點(diǎn)，進(jìn)行了水灰比 1.0 下的水化熱測(cè)試。此外，為了更好地計(jì)算、評(píng)價(jià)早期水化放熱特性。1 天的水化熱值可以以初凝為起點(diǎn)計(jì)算。FQY（溫控型）按摻量 8% 內(nèi)摻取代基準(zhǔn)水泥，基準(zhǔn)水泥空白作參比，進(jìn)行水化熱測(cè)試，時(shí)間—熱流曲線及時(shí)間—放熱量曲線分別如圖 2、3 所示。

圖 2 時(shí)間—熱流曲線

圖 3 時(shí)間—放熱曲線

由圖 2 時(shí)間—熱流曲線可以看出，摻入 FQY（溫控型）后，明顯降低了水泥第二放熱峰時(shí)的水化速度，最大升溫速率由 2.4MW 降低至 0.7MW，降低了70.8%；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)QY（溫控型）提高了水泥第一個(gè)水化速率峰值，這是由于其加速了水泥的分散溶解，導(dǎo)致初期 C3A 水化反應(yīng)加快，促進(jìn)了 AFt 的形成。

由圖 3 可以發(fā)現(xiàn)，由于初期 FQY（溫控型）對(duì)水泥水化的加速效應(yīng)，使得從加水后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，摻 8%FQY（溫控型）的放熱比基準(zhǔn)水泥空白的放熱量大，之后 FQY（溫控型）對(duì)水泥的水化熱抑制效果逐漸增大，使水化熱比基準(zhǔn)水泥明顯降低。

表 7 結(jié)果顯示，水泥 7d 水化放熱總量由 388.43J/g降低至 216.01J/g，降低了 44.4%。這說明 FQY（溫控型）能較好地調(diào)控水泥水化加速期的放熱速率，延長(zhǎng)放熱過程，降低早期總熱量，有利于降低混凝土水化最高溫度，有效控制內(nèi)部因溫度梯度產(chǎn)生的裂縫。

5 FQY（溫控型）的其他性能指標(biāo)

按照 GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》，對(duì)FQY 高性能膨脹劑（溫控型）的氧化鎂含量、堿含量、比表面積、1.18mm 篩余、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 8 所示。從表 8 的結(jié)果可以看出，F(xiàn)QY（溫控型）的其他性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》中Ⅱ型產(chǎn)品的性能指標(biāo)要求。

表 7 不同齡期的水化熱值及降低率

表 8 膨脹劑其他性能指標(biāo)

6 結(jié)論

FQY（溫控型）性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》中Ⅱ型產(chǎn)品的性能指標(biāo)要求。其不僅繼承了 FQY 高性能膨脹劑優(yōu)良的膨脹性能，而且在水化期間還能干預(yù)水泥水化加速期，大幅度降低硅酸鹽體系膠凝材料的水化熱，較好地調(diào)控水泥水化加速期的放熱速率，延長(zhǎng)放熱過程，降低早期總熱量，對(duì)防控混凝土溫度裂縫具有重要意義。