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關于混凝土關于氧化鎂膨脹劑的評述
1 前言
在2010年第1期《膨脹劑與膨脹混凝土》雜志上,分別發(fā)表了莫立武、李家正、陳昌禮、杜兆金、張宋治、李延波、鄧敏和劉立等專家學者關于我國氧化鎂膨脹劑的研制、膨脹機理、摻MgO膨脹劑混凝土的物理力學性能,以及在壩工大體積混凝土的應用成果。筆者閱讀以后,收獲不少,了解到我國MgO膨脹劑的發(fā)展概況,和取得很大的成績,為我國大壩建設作出了貢獻,向他們表示衷心的祝賀!
20世紀70年代初,我國專家對MgO混凝土筑壩技術進行了研究,利用MgO水化產生延遲膨脹,補償大壩基礎混凝土溫降收縮,簡化溫控措施,降低溫控費用,節(jié)約工程投資,加快施工進度,這一創(chuàng)新技術已在筑壩混凝土中大力推廣,取得實質性成果。
1981年,浙江大學開始進行雙膨脹水泥的研究,采用提高MgO和石膏含量,獲得水鎂石和鈣礬石兩個膨脹源。
針對MgO混凝土早期膨脹太小問題,1995年,游寶坤與王棟民等提出用氧化鎂、天然明礬石和石膏研制大壩延遲膨脹劑,與中國水利電力科學研究院的顫永嚴、黃國興等合作開發(fā),并向水利電力部申報科研項目,但沒有批準,因而終止繼續(xù)研究。但筆者認為,氧化鎂與延遲鈣礬石雙膨脹劑,其補償收縮性能會比單獨MgO好,有開發(fā)前景。
MgO膨脹劑幾乎都應用在筑壩混凝土上,能否應用于一般工業(yè)與民用建筑上?這涉及構筑物的安全性問題,希望引起學術界和工程界人士的關注。
2 氧化鎂膨脹劑及其應用
在水泥熟料中的方鎂石(MgO)為等軸品系,難溶于水,其水化十分緩慢,膨脹穩(wěn)定期很長。國外個別橋梁混凝土開裂,查明是由于水泥中含有較多MgO,后期產生的體積膨脹所致。水泥中經高溫煅燒的MgO被認為是有害成分,因而,標準規(guī)定水泥熟料中MgO一般不得大于5%。
自1982年在吉林白山大壩偶然發(fā)現氧化鎂水泥具有微膨脹性能改善開裂作用以來,經過30多年基礎理論和實際應用研究,證明氧化鎂并非是“有百害而無一利”。相反,利用它緩慢膨脹特性可以補償大體積混凝土溫降收縮和自收縮,減免裂縫出現。
生產高氧化鎂水泥受到國家標準的限制,并具有風險性。在20世紀90年代初,氧化鎂膨脹劑應運而生,經研究表明,輕燒氧化鎂的水化速度比1400℃~1450℃的方鎂石的水化速度快,其膨脹穩(wěn)定期有所縮短(見圖1)。這是因為,用菱鎂礦低溫煅燒氧化鎂晶粒之間存在較大的空隙和比表面積,它們與水反應的接觸面積較大,反應速度就快。如果提高煅燒溫度,氧化鎂晶體的尺寸減少,結晶粒子密實,會大大延緩它們的水化反應,故膨脹穩(wěn)定期延長。氧化鎂膨脹劑的水化速度與溫度高低有直接關系,從圖2的試驗結果可知,氧化鎂摻量為6%,混凝土在40℃養(yǎng)護下,試件在養(yǎng)護齡期7d內收縮,7d之后開始膨脹,在21d~70d齡期內膨脹速率較快;84d之后膨脹速率變慢,1年后基本不產生膨脹。而在20℃養(yǎng)護下,先收縮后膨脹,但混凝土膨脹率速率小,其膨脹率低于30℃、40℃養(yǎng)護的試件,1年后仍繼續(xù)膨脹。結果表明,氧化鎂膨脹劑摻量相同下,養(yǎng)護溫度越高,前期膨脹速率越大,后期膨脹速率越小,膨脹穩(wěn)定期提前。
對于大壩混凝土來說,由于水泥水化釋放熱量,一般在3d~5d可達30℃~50℃,且降溫時間持續(xù)1年以上,在這樣的水化環(huán)境中,MgO膨脹速率也加快,1年后基本不膨脹,對壩體是安全的。
我國水利電力規(guī)劃設計總院于1995年制定了《MgO微膨脹混凝土筑壩技術暫行規(guī)程及編制說明》,這對MgO膨脹劑在大壩混凝土的應用有指導意義。迄今MgO膨脹劑已經在全國三十幾座水利工程中得到成功應用,應用部位主要有重力壩基礎約束區(qū)、碾壓混凝土壩墊層、大壩基礎、導流洞、導流底孔和中型拱壩全壩段等,外摻MgO混凝土用量約100多萬m3 , MgO摻量為2.0%~5.5% 。
專家們認為,今后應在如下幾個方面開展工作:
(1)目前我國MgO膨脹劑生產工藝比較落后,無法滿足大規(guī)模連續(xù)生產的要求,產品質量波動較大。因此,函待解決MgO選用何種窯型,何種生產工藝的問題。
(2)進一步深入關于MgO膨脹劑膨脹機理與膨脹調控機制的研究,完善MgO膨脹劑膨脹性能調控與設計原理。
(3)提出科學評估摻MgO膨脹劑混凝土安定性的方法和標準。
(4)加快制定MgO膨脹劑產品標準。
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