封閉條件下雙摻ZY和MgO膨脹劑的雙膨脹作用研究

摘要：針對封閉條件下單組分膨脹劑往往不能充分發(fā)揮作用，本文采用雙摻膨脹劑的方法，取得了比單摻更顯著的補償收縮的效果。但所摻兩種膨脹劑比例不同對試件膨脹率影響顯著，在不恰當(dāng)?shù)谋壤龝r，不但不能補償收縮反而會使收縮加劇。

關(guān)鍵詞：鈣釩石  MgO  膨脹率  封閉條件  雙摻

中圖分類號：TU528                 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on double-expensive of motar with expansive agent of ZY and MgO Under Closed Condition

 

 

引言

　　膨脹劑要充分發(fā)揮膨脹作用的必要條件是在水中或潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，但是在某些封閉缺水的環(huán)境下仍需加入膨脹劑使其發(fā)揮補償收縮的作用。如在鋼管混凝土中，為使核心混凝土與鋼管壁緊密粘結(jié)、協(xié)同工作、充分發(fā)揮鋼管混凝土力學(xué)性能，則需要摻入膨脹劑使核心混凝土產(chǎn)生微膨脹。因此，研究封閉條件下膨脹劑的膨脹行為是十分必要的。

　　通常鈣礬石的形成及其膨脹比較快,且主要發(fā)生在早期；而方鎂石的水化及其膨脹十分緩慢, 主要發(fā)生在后期。對兩者進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合, 所產(chǎn)生的雙膨脹作用比單一的鈣礬石膨脹或方鎂石膨脹具有更好的膨脹性能。[1] 但在封閉條件下，以鈣礬石為膨脹源的膨脹劑或者以水鎂石為膨脹源的膨脹劑水化可能都不完全，不能完全抵消水泥的自收縮，只能補償部分收縮。因此，封閉條件下雙摻膨脹劑取得的效果還需試驗論證。 　

1. 1 原材料 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

水泥——拉法基42.5R普通硅酸鹽水泥

膨脹劑——重慶某廠生產(chǎn)的ZY膨脹劑和南京某廠生產(chǎn)的氧化鎂膨脹劑

砂——岳陽中砂，其細(xì)度模數(shù)為2.8

拌和水——一般自來水，符合實驗要求

減水劑——成都某廠生產(chǎn)的聚羧酸減水劑

1.2 試驗方法 　　　　　　　　　　　

　　試驗參照J(rèn)TG E30----2005成型膠砂試件，并在試件兩側(cè)埋置釘頭。一組三個試件，試件尺寸為40mm×40mm×160mm。為測試封閉條件下膨脹劑的膨脹率（均為自由膨脹率），在砂漿裝入試模后即用塑料薄膜將砂漿試件封住以防水分散失，試件成型一天后脫模，記錄初長后對試件表面進(jìn)行蠟封并用塑料薄膜作封閉處理。測試1天，7天，14天，28天齡期的膨脹率。

　　試驗配比是固定水泥用量、膠凝材料總量及水膠比不變，改變膨脹劑摻量，考察不同摻量下的膨脹率。膨脹劑選用ZY型和氧化鎂型分別來進(jìn)行單摻和雙摻，分析不同膨脹劑摻量下試件膨脹率的變化規(guī)律。試驗材料用量見表1。

 

2  試驗結(jié)果與討論

  對各組試件進(jìn)行了不同齡期的膨脹率測試，膨脹率試驗結(jié)果見表2

 

　　由試驗結(jié)果可以看出，在封閉條件下所有的試件都在收縮。這是因為在封閉條件下缺少足夠的水養(yǎng)護(hù)，膨脹劑并沒有充分的發(fā)揮膨脹作用。但是膨脹劑補償收縮的效果比較顯著，幾乎所有摻膨脹劑的試件的收縮都比不摻的小，并且雙摻比單摻的補償收縮的效果更加顯著。單摻與雙摻的試驗結(jié)果對比分析如下。

2.1 膨脹劑單摻的對比

　　將四組單摻膨脹劑的試件與不摻膨脹劑（即空白的，以下不摻膨脹劑的都統(tǒng)稱為空白的）的試件的膨脹率相比較如圖1。
 

  

　　從圖1中可以明顯地看出，摻8％和12％ZY膨脹劑的兩組試件都有顯著的補償收縮的效果，二者補償收縮后的變化趨勢與空白的變化趨勢幾乎是一樣的,但是比空白的收縮減小很多。并且隨著摻量的增加，生成的鈣礬石越多，補償收縮的效果越明顯。而對于單摻MgO的兩組試件，當(dāng)MgO摻量為4％時其補償收縮的效果幾乎沒有，甚至還有收縮更嚴(yán)重的情況發(fā)生；當(dāng)MgO摻量為8％時其補償收縮的效果比ZY更顯著。對比MgO摻量為8％時的膨脹率和ZY摻量為12％時的膨脹率可以看出，當(dāng)MgO摻量為8％時其前期和后期的膨脹率都比單摻ZY的大，只是中期小于ZY，可見MgO產(chǎn)生了不均勻的體積變化。分別用四組單摻膨脹劑試件的膨脹率減去空白試件的膨脹率可得出單摻膨脹劑時其補償收縮后的膨脹率變化如圖2。

  

　　從圖2可以直觀地看出MgO產(chǎn)生了不均勻的體積變化，其補償收縮后的變化趨勢是呈波浪型的，不過其整體趨勢還是在補償收縮的。而ZY引起的體積變化趨勢卻很均勻，在14天時其有下降的趨勢。席耀忠對此現(xiàn)象做過研究【2】，這是由膠砂里的SO3消耗待盡而引起的，鈣釩石在低硫環(huán)境下開始分解成AFm，使其補償收縮的能力下降。隨著膨脹劑摻量的增加其膨脹率的變化趨勢如圖3，圖4。 

  

　　從圖3中可以看出ZY摻量在0-8％時其膨脹率隨著摻量增加上升比較快，在8-12％時雖然膨脹率也在增加，但是增長的速率曲線相對平緩。這可能是隨著ZY的增多，其需水量也增大，由于在封閉條件下水是一定的，因此膨脹率增長比0-8％小。同時從5個齡期的5條曲線上看，彼此都是單調(diào)遞增的，且基本相互平行，說明鈣釩石的生成速度比較平穩(wěn)，對膠砂的體積平穩(wěn)變化有益。而從圖4中看到的MgO的曲線卻是與ZY曲線的變化趨勢剛好相反。MgO摻量為0-4％時，其膨脹率隨著摻量的增大在不同的齡期里主要是減小的，如圖所示在第1天，14天，28天都是減小，而在7天，21天有很小的增幅。這可能是由于MgO的水化不均勻，生成的Mg（OH）2的量的速度不一樣并且其形貌也不一樣引起的。當(dāng)MgO摻量為4-8％時，其曲線上升得很平滑，并且各個齡期的曲線也幾乎平行，說明這種摻量下的體積變化比較。至于單摻MgO在低摻量下體積變化波動大，在高摻量下體積變化波動小的原因，有待進(jìn)一步研究。

2.2 雙摻膨脹劑試件膨脹率的對比

　　四組雙摻的試件中膨脹劑的總摻量分別為8％和12％，雙摻的比例分別為1：1和1：2，即mZY：mMgO＝1：1和1：2，目的是為了與單摻相比較，在四個摻量中找出一個最佳摻量。將四組雙摻膨脹劑的試件與空白的試件的膨脹率相比較如圖5。
 

  

 

　　從圖5中可以看出雙摻4％ZY 4％MgO的試件幾乎沒有補償收縮，甚至還比空白的收縮更大?？梢娫谶@個摻量下膨脹劑幾乎沒有膨脹效果。姜正平等人的研究也發(fā)現(xiàn)在“干燥(空氣中)條件下，膨脹劑的摻入可以使早期的收縮減少約50％以上，但在后期，對補償收縮的作用不大，或者說幾乎沒有作用，甚至在不恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)或配比情況下，還會因膨脹劑的摻入，而導(dǎo)致收縮增大。這主要是因為膨脹劑的膨脹作用必須在潮濕的條件下才能與水泥水化產(chǎn)物充分反應(yīng)后得以發(fā)揮?！盵3]這是由ZY和MgO相互的膨脹作用協(xié)調(diào)不恰當(dāng)引起的，不但沒有相互促進(jìn)，反而相互制約，使得膨脹率減小。從圖3和圖4可以看出單摻4％Mg0時的膨脹率是最低的，單摻4％ZY時的膨脹率也很低，單純從兩者的膨脹率數(shù)值上疊加得到的膨脹率就不高。

　　分別用雙摻的四組膨脹率減去空白的膨脹率可得出雙摻膨脹劑時其補償收縮后的膨脹率變化如圖6。 從圖6中可以看出減去空白的膨脹率后的Z4M4,Z6M6，Z8M4的體積變化幅度都較大，這可能是由MgO和ZY的膨脹沒有合理協(xié)調(diào)引起的。只有Z5M3的變化趨勢平緩，這是由于摻入MgO后，游離MgO的存在將促進(jìn)鈣礬石的形成和膨脹[4]。而MgO水化形成Mg（OH）2后，由于Mg（OH）2的堿性沒有Ca（OH）2的堿性強，使膠砂中pH值相對下降。按德國科學(xué)家奎爾等的試驗結(jié)論：只有在堿度偏高(pH≥12．455)時，鈣釩石晶體粒子以近程擴(kuò)散方式，沉淀析晶，呈細(xì)小放射狀晶體，比面積較高，相應(yīng)的膨脹量大；而當(dāng)堿度偏低(pH≤ 12．154)時，沉淀析晶呈粗結(jié)晶狀低比表面積，膨脹能力較小。因此摻加MgO后改變了pH值也就改變了鈣釩石形貌，影響了體積變化。因此除了考慮體積穩(wěn)定性因素以外，溶液中的pH值也是一個重要的因素。

　　再將Z5M3與Z8M0,Z0M8作對比，也就是與單摻8%ZY的和單摻8％MgO的膨脹率作對比如圖7，也可以看出Z5M3補償收縮效果是最顯著的。

 3 結(jié)論

（1）封閉條件下單摻ZY膠砂試件的體積變化比較平穩(wěn)，未出現(xiàn)明顯的體積變化波動。

（2）封閉條件下單摻MgO的膠砂試件體積變化在摻量為0-4％時體積變化波動比較大，摻量為 4-8％時體積變化波動性比較小。

(3) 封閉條件下雙摻膨脹劑的補償收縮的效果比單摻的顯著，一般可以使收縮減少50％以上；但在雙摻時，兩種膨脹劑摻量比例不同對試件膨脹率影響顯著，在不恰當(dāng)?shù)谋壤龝r，不但不能補償收縮反而會使收縮加劇。

 

參考文獻(xiàn)

1  陳胡星,李東旭,葉青,王宇青,樓宗漢，鈣礬石與方鎂石雙膨脹作用研究，硅酸鹽學(xué)報，2000年12月。

2  姜正平，韓靜云，張秀志，不同養(yǎng)護(hù)條件下膨脹劑對水泥膠砂收縮性影響的研究，2003年第3期 混凝土與水泥制品 總第131期。

3  席耀忠，二次鈣礬石形成和膨脹混凝土的耐久性，混凝土與水泥制品，2003 年第2 期 。

4  牛季收, 粉煤灰對UEA 混凝土補償收縮性能的影響, 建筑技術(shù)開發(fā)，2003年8月。

5  葉青，含鈣礬石和水鎂石雙膨脹源水泥硬化漿體及其混凝土的體積穩(wěn)定性分析，混凝土與水泥制品，2001 年第1 期。