摻MgO膨脹劑混凝土的耐久性探討

張 凡 姚宇飛 馬 嘯 張雙艷

(武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430082)

1 問題的提出

為防止混凝土因溫降收縮而開裂，目前除了施工過程中的混凝土溫控措施以外，向混凝土內摻入MgO膨脹劑也是行之有效的方法。但是，MgO膨脹劑摻入混凝土內，是否影響混凝土的耐久性仍是一個值得探討的問題。

2 摻MgO膨脹劑混凝土的耐久性

圍繞MgO混凝土耐久性問題，目前已有學者做了相關研究。任金來[1]通過對外摻MgO混凝土的抗滲、抗凍、抗沖耐磨的耐久性能試驗，得出：隨MgO摻量的提高，混凝土抗滲性能提高(MgO水化產生的Mg(OH)2聚集在MgO顆粒表面，會充填混凝土內部毛細孔，使混凝土的孔隙率減小，從而增強混凝土的阻水能力，提高混凝土的抗滲性)；抗凍性能提高，且在MgO摻量為4%以內時，混凝土的抗凍性隨MgO摻量的增加而增加(摻MgO膨脹劑使混凝土結構更加密實，提高混凝土的抗凍性)；摻量4%的MgO使混凝土的抗沖耐磨性提高(磨損率減小33%，抗沖磨強度提高了30%)。李家正、陳霞等[2]總結分析了摻MgO混凝土的力學性能、變形性能和長期耐久性能，研究表明摻MgO能顯著改善混凝土的干縮、自身體積變形、徐變和抗滲、抗凍、抗沖磨性能，略微降低混凝土的彈模，延緩混凝土碳化的速率，減小碳化深度，總體認為摻MgO混凝土的整體性能優于普通混凝土。李承木[3]將齡期為10年和12年的MgO混凝土抗壓強度與其1年的抗壓強度比較，發現強度僅分別降低了3.1%和4.7%，說明MgO混凝土的長期力學性能是穩定的。胡澤清，朱正貴等[4]對摻輕燒MgO混凝土的28 d齡期抗凍和抗滲性能做了研究，其結果均能滿足設計要求。李曉勇[5]對氧化鎂微膨脹混凝土的抗滲、抗凍、抗沖耐磨以及抗碳化等耐久性能分別進行了分析和探討，認為在相同條件下，外摻MgO能提高混凝土的耐久性能。華艷茹[6]對C50氧化鎂微膨脹混凝土抗滲性、抗凍性進行了研究，認為C50氧化鎂微膨脹混凝土的抗滲性優于普通混凝土，抗凍性凍融循環試驗后，其質量、強度及彈性模量損失均較低。

3 影響MgO混凝土耐久性的關鍵問題及現狀分析

3.1 MgO混凝土耐久性現狀探討

目前，摻MgO膨脹劑混凝土能通過其特有的后期微膨脹性能，補償大體積混凝土后期干燥收縮及溫降收縮的觀點已被業界多數學者所接受，但是仍存在兩個影響MgO混凝土耐久性的問題：其一是MgO膨脹劑如何穩定地工業化生產，即如何得到質量穩定的MgO膨脹劑，從而避免應用于混凝土后，出現質量不均一導致的局部膨脹開裂，危害混凝土耐久性；其二是MgO膨脹劑摻入混凝土后，長齡期后，是否安定性不好導致耐久性差。

針對第一個問題，通過在預熱分解旋轉窯煅燒及其精密控制、大批量取樣檢測、重復調整煅燒工藝等方法，目前已能生產質量穩定、均一的MgO膨脹劑。針對第二個問題，摻MgO混凝土的安定性問題，已有不少學者做過相關研究。目前得到的共識是：MgO用于水工大壩大體積混凝土是完全可行的，解決大壩大體積混凝土干縮和溫降收縮的同時，減少傳統的溫控措施費用，具有較大的技術經濟價值，而且不存在長期安定性問題。但是，針對MgO用于工民建混凝土，大多數學者認為可行，并通過試驗研究，說明其不存在安定性問題；但同時，也有少數學者對其混凝土安定性存在疑慮、擔憂并對MgO用于工民建持反對意見。

李承木[3]通過對內含MgO水泥混凝土和外摻輕燒MgO混凝土長達20年及10年的觀測，說明MgO自身體積膨脹變形是穩定的，同時通過長達12年的力學變形性能試驗，闡明MgO混凝土長期力學性質是安定的，MgO微膨脹對混凝土長期力學性能的影響不大，不存在安定性問題。而且MgO水化產生的后期微膨脹，補償大壩混凝土干縮和溫降收縮，是溫控防裂的有效措施。姚飛軍，鄧敏，莫立武[7]，通過80 ℃蒸汽養護三級配MgO混凝土試件，得出其28 d前膨脹快，之后放緩，90 d時膨脹趨于穩定，不存在不安定的后期膨脹。劉加平，張守治[8]，田倩，姚婷等，針對民用建筑混凝土收縮開裂的特點，以菱鎂礦為原材料，制備了民用建筑用MgO膨脹劑(UMEA)，研究了摻UMEA水泥凈漿的變形性能，結果表明：所制備的MgO既具有較大的早期膨脹，又具有持續的后期微膨脹，對水泥漿體自收縮和干縮具有較好的補償收縮作用；UMEA在壓蒸條件下表現出良好的體積穩定性，即使摻量高達12%時，水泥凈漿壓蒸安定性仍然合格，同時認為，UMEA應用于民用建筑具有廣闊的發展前景。

游寶坤，齊東友[9]針對有關學者的研究成果進行了評述，提出MgO膨脹劑幾乎都用在筑壩混凝土上，能否應用于一般工民建混凝土，并提出安全性問題及個人的擔憂。他認為，由于工民建結構大體積混凝土在體量上、水化熱溫降速率與大壩混凝土有很大區別，MgO不適合工民建大體積混凝土溫降裂縫控制，只適用于混凝土的筑壩工程。游寶坤、趙順增[10]通過試驗，認為MgO膨脹發生在7 d～90 d，膨脹速率早期大，后期小，齡期7 d～90 d之間最大，之后每年的膨脹量甚微，膨脹速率逐漸趨于零，而且在東風拱壩上，外摻MgO混凝土澆筑后，省去了加冰拌合、水管冷卻、接縫灌漿等措施，工期提前45 d，取得明顯的經濟技術效益；同時指出由于MgO水化速度緩慢，其膨脹穩定期較長，因此認為MgO膨脹劑適用于大壩混凝土抗裂，而不適用于工業和民用建筑。另外，游寶坤[11]認為，將菱鎂礦或白云石，在立窯中經1 000 ℃～1 100 ℃煅燒成氧化鎂膨脹劑，水化慢，早期幾乎無膨脹，后期膨脹時間相當長，適用于筑壩大體積混凝土補償冷縮，不適用于常溫工民建大體積混凝土。進一步解釋其原因，游寶坤[12]認為，通過950 ℃±50 ℃煅燒的輕燒MgO摻入大壩混凝土，其水化速度隨混凝土內部溫度而變化，大壩混凝土內部溫度40 ℃～50 ℃，持續時間長，MgO水化速度加快，能較好地補償混凝土后期冷縮；而常溫施工下的工民建，MgO水化速度很慢，后期膨脹難以控制，風險大，因此，出于安全考慮，反對將輕燒MgO加入工民建混凝土工程。

3.2 MgO混凝土耐久性問題分析

目前，將MgO膨脹劑用于水工大壩混凝土，補償混凝土長齡期降溫收縮和干燥收縮，已被業界所認可，但將MgO膨脹劑用于工業與民用建筑仍存在不同的觀點，大多數學者認為可行，并通過實驗室加速反應試驗及長達10年～20年的長齡期試驗，證明MgO混凝土不存在安定性問題。而少數學者出于對工程安全的考慮，仍然對MgO用于工業與民用建筑存在憂慮和質疑，這需要更多更進一步的實驗結果來證實這種憂慮與質疑的符實性。

4 結語

1)MgO摻入混凝土后，對混凝土耐久性無負面影響，而且會改善混凝土的抗滲、抗凍、抗碳化及抗沖擊耐磨損性能，有利于混凝土更耐久。2)以菱鎂礦為原材料，制備MgO膨脹劑，其既具有較大的早期膨脹，又具有持續的后期微膨脹，對水泥漿體自收縮和干縮具有較好的補償收縮作用；MgO在壓蒸條件下表現出良好的體積穩定性，即使摻量高達12%時，水泥凈漿壓蒸安定性仍然合格。3)MgO用于水工大壩，混凝土澆筑后，可省去或部分省去加冰拌合、水管冷卻、接縫灌漿等傳統措施，工期可提前，具有明顯的經濟技術效益。4)MgO用于工業與民用建筑，目前無論是短齡期試驗和長齡期試驗(長達10年～20年齡期)，均顯示MgO混凝土不存在安定性問題，少數學者對于MgO應用于工業與民用建筑存在憂慮，需要進一步試驗證實其符實性。

參考文獻:

[1] 任金來.外摻氧化鎂對混凝土耐久性的影響研究[J].江西建材，2015(13):6-7.

[2] 李家正,陳 霞.外摻氧化鎂混凝土性能研究綜述[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2010(1):10-14.

[3] 李承木.氧化鎂混凝土自生體積變形的長期試驗研究成果[J].水力發電，1998(6):53-57.

[4] 胡澤清,朱正貴.輕燒氧化鎂對水泥混凝土性能影響研究[J].人民長江，2015,2(46-4):87-93.

[5] 李曉勇.淺析氧化鎂微膨脹混凝土的耐久性能[J].水電站設計，2008,9(24-3):69-70.

[6] 華艷茹.C50氧化鎂微膨脹混凝土制備及性能分析[J].科技風，2014(2):201-202.

[7] 姚飛軍,鄧 敏,莫立武.80 ℃蒸汽養護條件下外摻MgO膨脹劑三級配混凝土的膨脹[J].混凝土，2012(8):34-40.

[8] 劉加平,張守治.民用建筑用輕燒MgO膨脹劑的制備與性能[J].建筑材料學報，2011(5):664-668.

[9] 游寶坤,齊東友.關于氧化鎂膨脹劑的評述[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2010(4):4-6.

[10] 游寶坤,趙順增.補償收縮混凝土筑壩新技術[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2011(4):17-24.

[11] 游寶坤.關于三膨脹源膨脹劑問題的解析[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2012(1):1-2.

[12] 游寶坤.答羅建成同志的質疑——再談三膨脹源膨脹劑[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2012(2):17-19.