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關(guān)于混凝土關(guān)于氧化鎂膨脹劑的評(píng)述
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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(zhuān)家學(xué)者關(guān)于我國(guó)氧化鎂膨脹劑的研制、膨脹機(jī)理、摻MgO膨脹劑混凝土的物理力學(xué)性能,以及在壩工大體積混凝土的應(yīng)用成果。筆者閱讀以后,收獲不少,了解到我國(guó)MgO膨脹劑的發(fā)展概況,和取得很大的成績(jī),為我國(guó)大壩建設(shè)作出了貢獻(xiàn),向他們表示衷心的祝賀!
20世紀(jì)70年代初,我國(guó)專(zhuān)家對(duì)MgO混凝土筑壩技術(shù)進(jìn)行了研究,利用MgO水化產(chǎn)生延遲膨脹,補(bǔ)償大壩基礎(chǔ)混凝土溫降收縮,簡(jiǎn)化溫控措施,降低溫控費(fèi)用,節(jié)約工程投資,加快施工進(jìn)度,這一創(chuàng)新技術(shù)已在筑壩混凝土中大力推廣,取得實(shí)質(zhì)性成果。
1981年,浙江大學(xué)開(kāi)始進(jìn)行雙膨脹水泥的研究,采用提高M(jìn)gO和石膏含量,獲得水鎂石和鈣礬石兩個(gè)膨脹源。
針對(duì)MgO混凝土早期膨脹太小問(wèn)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(guó)水利電力科學(xué)研究院的顫永嚴(yán)、黃國(guó)興等合作開(kāi)發(fā),并向水利電力部申報(bào)科研項(xiàng)目,但沒(méi)有批準(zhǔn),因而終止繼續(xù)研究。但筆者認(rèn)為,氧化鎂與延遲鈣礬石雙膨脹劑,其補(bǔ)償收縮性能會(huì)比單獨(dú)MgO好,有開(kāi)發(fā)前景。
MgO膨脹劑幾乎都應(yīng)用在筑壩混凝土上,能否應(yīng)用于一般工業(yè)與民用建筑上?這涉及構(gòu)筑物的安全性問(wèn)題,希望引起學(xué)術(shù)界和工程界人士的關(guān)注。
2 氧化鎂膨脹劑及其應(yīng)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(zhǎng)。國(guó)外個(gè)別橋梁混凝土開(kāi)裂,查明是由于水泥中含有較多MgO,后期產(chǎn)生的體積膨脹所致。水泥中經(jīng)高溫煅燒的MgO被認(rèn)為是有害成分,因而,標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)氧化鎂水泥具有微膨脹性能改善開(kāi)裂作用以來(lái),經(jīng)過(guò)30多年基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用研究,證明氧化鎂并非是“有百害而無(wú)一利”。相反,利用它緩慢膨脹特性可以補(bǔ)償大體積混凝土溫降收縮和自收縮,減免裂縫出現(xiàn)。
生產(chǎn)高氧化鎂水泥受到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限制,并具有風(fēng)險(xiǎn)性。在20世紀(jì)90年代初,氧化鎂膨脹劑應(yīng)運(yùn)而生,經(jīng)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(jiàn)圖1)。這是因?yàn)?,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(yīng)的接觸面積較大,反應(yīng)速度就快。如果提高煅燒溫度,氧化鎂晶體的尺寸減少,結(jié)晶粒子密實(shí),會(huì)大大延緩它們的水化反應(yīng),故膨脹穩(wěn)定期延長(zhǎng)。氧化鎂膨脹劑的水化速度與溫度高低有直接關(guān)系,從圖2的試驗(yàn)結(jié)果可知,氧化鎂摻量為6%,混凝土在40℃養(yǎng)護(hù)下,試件在養(yǎng)護(hù)齡期7d內(nèi)收縮,7d之后開(kāi)始膨脹,在21d~70d齡期內(nèi)膨脹速率較快;84d之后膨脹速率變慢,1年后基本不產(chǎn)生膨脹。而在20℃養(yǎng)護(hù)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(hù)的試件,1年后仍繼續(xù)膨脹。結(jié)果表明,氧化鎂膨脹劑摻量相同下,養(yǎng)護(hù)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(duì)于大壩混凝土來(lái)說(shuō),由于水泥水化釋放熱量,一般在3d~5d可達(dá)30℃~50℃,且降溫時(shí)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(duì)壩體是安全的。
我國(guó)水利電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院于1995年制定了《MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)暫行規(guī)程及編制說(shuō)明》,這對(duì)MgO膨脹劑在大壩混凝土的應(yīng)用有指導(dǎo)意義。迄今MgO膨脹劑已經(jīng)在全國(guó)三十幾座水利工程中得到成功應(yīng)用,應(yīng)用部位主要有重力壩基礎(chǔ)約束區(qū)、碾壓混凝土壩墊層、大壩基礎(chǔ)、導(dǎo)流洞、導(dǎo)流底孔和中型拱壩全壩段等,外摻MgO混凝土用量約100多萬(wàn)m3 , MgO摻量為2.0%~5.5% 。
專(zhuān)家們認(rèn)為,今后應(yīng)在如下幾個(gè)方面開(kāi)展工作:
(1)目前我國(guó)MgO膨脹劑生產(chǎn)工藝比較落后,無(wú)法滿足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求,產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大。因此,函待解決MgO選用何種窯型,何種生產(chǎn)工藝的問(wèn)題。
(2)進(jìn)一步深入關(guān)于MgO膨脹劑膨脹機(jī)理與膨脹調(diào)控機(jī)制的研究,完善MgO膨脹劑膨脹性能調(diào)控與設(shè)計(jì)原理。
(3)提出科學(xué)評(píng)估摻MgO膨脹劑混凝土安定性的方法和標(biāo)準(zhǔn)。
(4)加快制定MgO膨脹劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
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