關(guān)于氧化鎂膨脹劑的評述

【摘要】本文根據(jù)有關(guān)專家的研究成果，對我國氧化鎂膨脹劑的研制與開發(fā)進行評述，指出MgO膨脹劑不適合用于工民建結(jié)構(gòu)大體積混凝上的理由，提出氧化鎂膨脹劑的適用范圍和研究方向。

【關(guān)鍵詞】氧化鎂膨脹劑；延緩膨脹控制；適用范圍

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(guān)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(shè)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(shù)進行了研究，利用MgO水化產(chǎn)生延遲膨脹，補償大壩基礎(chǔ)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(shù)已在筑壩混凝土中大力推廣，取得實質(zhì)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(gòu)筑物的安全性問題，希望引起學術(shù)界和工程界人士的關(guān)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(chǎn)生的體積膨脹所致。水泥中經(jīng)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(xiàn)氧化鎂水泥具有微膨脹性能改善開裂作用以來，經(jīng)過30多年基礎(chǔ)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(xiàn)。

生產(chǎn)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(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(jié)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(guān)系，從圖2的試驗結(jié)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(nèi)收縮，7d之后開始膨脹，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(jié)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(shè)計總院于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(jīng)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(chǔ)約束區(qū)、碾壓混凝土壩墊層、大壩基礎(chǔ)、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：

目前我國MgO膨脹劑生產(chǎn)工藝比較落后，無法滿足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求，產(chǎn)品質(zhì)量波動較大。因此，函待解決MgO選用何種窯型，何種生產(chǎn)工藝的問題。

進一步深入關(guān)于MgO膨脹劑膨脹機理與膨脹調(diào)控機制的研究，完善MgO膨脹劑膨脹性能調(diào)控與設(shè)計原理。

提出科學評估摻MgO膨脹劑混凝土安定性的方法和標準。

加快制定MgO膨脹劑產(chǎn)品標準。