膨胀剂对水泥混凝土性能的影响

膨胀剂对水泥混凝土性能的影响

0导流洞封堵特性随着项目规模的扩大，设计结构已进入大型和复杂项目，混凝土也已进入高速和商品化阶段。许多工程采用大流态、高性能混凝土进行浇筑,这比普通混凝土用水量和水泥用量都要高,由此带来混凝土易产生微裂缝,使其强度、耐久等性能降低,混凝土整体性遭到破坏,也会使外界介质进入混凝土内部,造成混凝土腐蚀和钢筋锈蚀,降低混凝土使用年限。导流洞封堵(即堵头)也具有体型大、混凝土方量大、施工要求高、混凝土绝热温升值高和收缩变形大等特点。因此,为降低因体积收缩带来的微裂缝,减少灌浆等施工环节,导流洞封堵采用微膨胀混凝土进行浇筑,目的在于用其膨胀来抵消混凝土的全部或大部分收缩,减少混凝土开裂,提高其耐久性能,延长使用寿命。为此,一般通过掺MgO或硫铝酸钙类膨胀剂等技术达到膨胀的目的,但其膨胀量很难达到预期效果。因此,本文结合某电站C20W8F100堵头混凝土技术要求(28d膨胀量≥+40×10-6),对不同膨胀剂品种及掺量、不同水泥品种开展混凝土性能试验研究,尽量配制出满足设计要求的膨胀量的堵头混凝土。1mgo膨胀剂治疗凝土水化反应中的应用膨胀混凝土产生膨胀的根源在于膨胀水泥或膨胀剂。由于膨胀混凝土在水化硬化过程中生成了大量的钙矾石,一方面填充、切断和堵塞了混凝土中的毛细孔,使混凝土的孔隙率降低,改善了混凝土的孔结构;另一方面,钙矾石使混凝土的体积增大,从而产生了一定的膨胀能。膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中混凝土产生可控膨胀,减少收缩的外加剂。在水泥水化和硬化阶段,膨胀剂既可自身产生膨胀,也可与水泥混凝土中其它成分反应产生膨胀。膨胀剂和粉煤灰等掺合料、缓凝高效减水剂复掺在混凝土中,可以降低混凝土水化热引起的温度梯度,也可协调温度应力和混凝土的初期结构强度,从而减少和防止温度裂缝的出现,提高混凝土的体积稳定性,在洪家渡、索风营和三峡等水电工程中得到了广泛的应用。MgO膨胀剂是富含MgO的菱镁矿轻烧磨细而成。南京工业大学邓敏教授、崔雪华教授、唐明述院士等人通过多年研究后认为,经过高温锻烧的方镁石(MgO晶体),水化作用很缓慢,在水化生成Mg(OH)2过程中引起的自生体积膨胀出现得较迟;由MgO水化而来的Mg(OH)2晶体的形成和发展,是水泥石产生延迟性膨胀的源泉;MgO水泥结石的膨胀能来自于Mg(OH)2晶体的吸水肿胀力和结晶生长压力,水化早期的Mg(OH)2晶体很细小,晶体的吸水肿胀力是水泥结石膨胀的主要动力,随着Mg(OH)2晶体的长大,晶体的结晶生长压力转变为膨胀的主要动力;MgO水泥结石的膨胀量取决于Mg(OH)2晶体存在的位置、形状和尺寸。MgO水泥结石和混凝土的膨胀性能主要取决于MgO膨胀剂的质量和掺量,其次与环境温度、混合材的种类和掺量、水泥熟料的矿物组成和游离CaO含量等因素有关。将硫铝酸钙类膨胀剂加入到普通水泥混凝土中,拌合后和水泥等组份共同作用,生成大量膨胀结晶水化物:水化硫铝酸钙,使混凝土产生适度膨胀,在钢筋和部位的约束下,在混凝土结构中建立0.2～0.7MPa预压应力,这一预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力,从而避免或大大减轻钢筋混凝土结构开裂,提高混凝土结构的抗裂防渗能力。ZY膨胀剂属于硫铝酸钙类膨胀剂中的一种,是用回转窑特制的膨胀熟料、石膏和膨胀稳定剂共同粉磨加工而成,其膨胀效能更高,质量更稳定。2膨胀剂对水泥净浆压蒸安定性的影响试验所用的A、B两种中热水泥、粉煤灰化学成分和物理性能列于表1～2。膨胀剂压蒸试验是在饱和水蒸气条件下提高温度和压力使水泥中的方镁石在较短的时间内绝大部分水化,用试件的变形来判断水泥浆体积安定性。由表3可见,随着膨胀剂掺量的增加,水泥净浆压蒸膨胀率也随之增加。当采用中热水泥A时,单掺3%MgO、单掺9%ZY及掺3%MgO+5%ZY时试件没有出现弯曲、粉状,压蒸安定性合格;用中热水泥B压蒸膨胀试验结果基本与水泥A膨胀规律一致。3压力和速度研究混凝土基础配合比列于表4。其中掺聚羧酸高效减水剂和引气剂及25%粉煤灰中热水泥B,混凝土拌合物坍落度控制在14～18cm,含气量控制在3～5%进行堵头混凝土性能试验研究。3.1不同膨胀剂的选择和用量对混凝土的性能的影响3.1.1混凝土自生体积变形由表5试验结果可见:随着MgO掺量的增加,混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉伸值及抗渗抗冻能力等均随之提高,表明复掺MgO能提高混凝土抗裂能力。干燥收缩是由于混凝土失去水分时产生的收缩。在干燥收缩中,混凝土干燥收缩变形越大,产生的内应力也就越大,对混凝土的性能不利,其主要影响因素有混凝土配合比、水泥品种、掺合料品种及掺量等。从图1混凝土干缩变形曲线看:同水胶比、同粉煤灰掺量条件下,外掺膨胀剂MgO混凝土干缩率小于不掺膨胀剂混凝土,表明掺MgO膨胀剂能够减少混凝土收缩变形。混凝土在恒温绝湿的条件下,由胶材的水化作用而引起的体积变形称为自生体积变形。混凝土的自生体积变形一般分为收缩变形和膨胀变形,它已成为水工混凝土原材料选择和配合比设计考虑的一个重要指标之一,期望能够通过控制和利用混凝土的自生体积变形来改善和提高混凝土的抗裂能力。一般而言,混凝土的自生体积变形主要取决于水泥品种、掺合料品种及掺量。由图2可见,不掺MgO混凝土呈收缩状态,而掺了MgO混凝土在14d以后呈现微膨胀状态,且其曲线呈上升趋势,表明在混凝土中掺MgO膨胀剂有利于提高混凝土的抗裂性能。掺4%MgO混凝土28d自生体积变形有+2个微应变,150d则有+23个微应变。3.1.2混凝土凝土干缩变形由表6试验结果可见,随着ZY膨胀剂掺量的增加,同水胶比条件下掺ZY膨胀剂混凝土抗压强度、劈拉强度高于不掺膨胀剂混凝土。从图3混凝土干缩变形来看,同水胶比、同砂率条件下,掺ZY膨胀剂混凝土90d收缩率小于不掺ZY膨胀剂混凝土,表明掺ZY膨胀剂能够减少混凝土收缩变形。由图4可见,不掺ZY膨胀剂混凝土呈收缩状态,而掺了ZY膨胀剂混凝土则呈现微膨胀状态。随着ZY膨胀剂掺量的加大,混凝土自生体积变形也随之增大;掺9%ZY膨胀剂混凝土28d有+33个微应变,且随着龄期的增加,混凝土后期自生体积变形值有所降低。3.1.3复掺3.0.5%zy膨胀剂混凝土性能由表7试验结果可见,同水胶比、粉煤灰掺量条件下,复掺3%MgO+5%ZY膨胀剂混凝土抗压强度、劈拉强度均高于不复掺膨胀剂混凝土。由图5混凝土干缩变形可见,同水胶比、同粉煤灰掺量条件下,复掺3%MgO+5%ZY膨胀剂混凝土干缩率小于不掺膨胀剂混凝土干缩率,表明在混凝土中复掺3%MgO+5%ZY膨胀剂有利于减少混凝土收缩裂缝。由图6可见,同水胶比、同粉煤灰掺量条件下,复掺3%MgO+5%ZY膨胀剂混凝土自生体积变形呈现微膨胀;不掺膨胀剂混凝土则出现收缩状态;随着龄期的增加,复掺3%MgO+5%ZY膨胀剂混凝土自生体积膨胀值增加,混凝土变形曲线呈上升趋势,7d自变为+7微应变,150d自变为+20微应变,表明在混凝土中复掺3%MgO+5%ZY膨胀剂有利于提高混凝土的抗裂性能。3.2同水胶比、中热水泥b混凝土的干缩变形由表8试验结果可见,同水胶比、同粉煤灰和膨胀剂掺量条件下,B水泥混凝土抗压强度、劈拉强度均要高于A水泥混凝土。由表8试验结果可见,同水胶比、同粉煤灰和膨胀剂掺量条件下,B水泥混凝土抗压强度、劈拉强度均要高于A水泥混凝土。由图7可见,同水胶比、同粉煤灰和膨胀剂掺量条件下,中热水泥B混凝土干缩变形小于中热水泥A混凝土,表明B水泥比A水泥更能减少混凝土收缩裂缝。由图8可见,同水胶比、粉煤灰和ZY膨胀剂掺量条件下,B水泥混凝土自生体积变形28d膨胀量达到+33微应变;A水泥混凝土自生体积变形曲线早期(前45d)为微膨胀,曲线后期基本出现微收缩走势,由此表明B水泥比A水泥抗裂能力更强。4低mgo性能试验(1)在水泥净浆压蒸安定性合格前提下,单掺或复掺MgO、ZY膨胀剂均不能配制出满足设计要求膨胀量的的堵头混凝土。建