掺MgO膨胀剂混凝土的耐久性探讨

张 凡 姚宇飞 马 啸 张双艳

(武汉源锦商品混凝土有限公司，湖北 武汉 430082)

1 问题的提出

为防止混凝土因温降收缩而开裂，目前除了施工过程中的混凝土温控措施以外，向混凝土内掺入MgO膨胀剂也是行之有效的方法。但是，MgO膨胀剂掺入混凝土内，是否影响混凝土的耐久性仍是一个值得探讨的问题。

2 掺MgO膨胀剂混凝土的耐久性

围绕MgO混凝土耐久性问题，目前已有学者做了相关研究。任金来[1]通过对外掺MgO混凝土的抗渗、抗冻、抗冲耐磨的耐久性能试验，得出：随MgO掺量的提高，混凝土抗渗性能提高(MgO水化产生的Mg(OH)2聚集在MgO颗粒表面，会充填混凝土内部毛细孔，使混凝土的孔隙率减小，从而增强混凝土的阻水能力，提高混凝土的抗渗性)；抗冻性能提高，且在MgO掺量为4%以内时，混凝土的抗冻性随MgO掺量的增加而增加(掺MgO膨胀剂使混凝土结构更加密实，提高混凝土的抗冻性)；掺量4%的MgO使混凝土的抗冲耐磨性提高(磨损率减小33%，抗冲磨强度提高了30%)。李家正、陈霞等[2]总结分析了掺MgO混凝土的力学性能、变形性能和长期耐久性能，研究表明掺MgO能显著改善混凝土的干缩、自身体积变形、徐变和抗渗、抗冻、抗冲磨性能，略微降低混凝土的弹模，延缓混凝土碳化的速率，减小碳化深度，总体认为掺MgO混凝土的整体性能优于普通混凝土。李承木[3]将龄期为10年和12年的MgO混凝土抗压强度与其1年的抗压强度比较，发现强度仅分别降低了3.1%和4.7%，说明MgO混凝土的长期力学性能是稳定的。胡泽清，朱正贵等[4]对掺轻烧MgO混凝土的28 d龄期抗冻和抗渗性能做了研究，其结果均能满足设计要求。李晓勇[5]对氧化镁微膨胀混凝土的抗渗、抗冻、抗冲耐磨以及抗碳化等耐久性能分别进行了分析和探讨，认为在相同条件下，外掺MgO能提高混凝土的耐久性能。华艳茹[6]对C50氧化镁微膨胀混凝土抗渗性、抗冻性进行了研究，认为C50氧化镁微膨胀混凝土的抗渗性优于普通混凝土，抗冻性冻融循环试验后，其质量、强度及弹性模量损失均较低。

3 影响MgO混凝土耐久性的关键问题及现状分析

3.1 MgO混凝土耐久性现状探讨

目前，掺MgO膨胀剂混凝土能通过其特有的后期微膨胀性能，补偿大体积混凝土后期干燥收缩及温降收缩的观点已被业界多数学者所接受，但是仍存在两个影响MgO混凝土耐久性的问题：其一是MgO膨胀剂如何稳定地工业化生产，即如何得到质量稳定的MgO膨胀剂，从而避免应用于混凝土后，出现质量不均一导致的局部膨胀开裂，危害混凝土耐久性；其二是MgO膨胀剂掺入混凝土后，长龄期后，是否安定性不好导致耐久性差。

针对第一个问题，通过在预热分解旋转窑煅烧及其精密控制、大批量取样检测、重复调整煅烧工艺等方法，目前已能生产质量稳定、均一的MgO膨胀剂。针对第二个问题，掺MgO混凝土的安定性问题，已有不少学者做过相关研究。目前得到的共识是：MgO用于水工大坝大体积混凝土是完全可行的，解决大坝大体积混凝土干缩和温降收缩的同时，减少传统的温控措施费用，具有较大的技术经济价值，而且不存在长期安定性问题。但是，针对MgO用于工民建混凝土，大多数学者认为可行，并通过试验研究，说明其不存在安定性问题；但同时，也有少数学者对其混凝土安定性存在疑虑、担忧并对MgO用于工民建持反对意见。

李承木[3]通过对内含MgO水泥混凝土和外掺轻烧MgO混凝土长达20年及10年的观测，说明MgO自身体积膨胀变形是稳定的，同时通过长达12年的力学变形性能试验，阐明MgO混凝土长期力学性质是安定的，MgO微膨胀对混凝土长期力学性能的影响不大，不存在安定性问题。而且MgO水化产生的后期微膨胀，补偿大坝混凝土干缩和温降收缩，是温控防裂的有效措施。姚飞军，邓敏，莫立武[7]，通过80 ℃蒸汽养护三级配MgO混凝土试件，得出其28 d前膨胀快，之后放缓，90 d时膨胀趋于稳定，不存在不安定的后期膨胀。刘加平，张守治[8]，田倩，姚婷等，针对民用建筑混凝土收缩开裂的特点，以菱镁矿为原材料，制备了民用建筑用MgO膨胀剂(UMEA)，研究了掺UMEA水泥净浆的变形性能，结果表明：所制备的MgO既具有较大的早期膨胀，又具有持续的后期微膨胀，对水泥浆体自收缩和干缩具有较好的补偿收缩作用；UMEA在压蒸条件下表现出良好的体积稳定性，即使掺量高达12%时，水泥净浆压蒸安定性仍然合格，同时认为，UMEA应用于民用建筑具有广阔的发展前景。

游宝坤，齐东友[9]针对有关学者的研究成果进行了评述，提出MgO膨胀剂几乎都用在筑坝混凝土上，能否应用于一般工民建混凝土，并提出安全性问题及个人的担忧。他认为，由于工民建结构大体积混凝土在体量上、水化热温降速率与大坝混凝土有很大区别，MgO不适合工民建大体积混凝土温降裂缝控制，只适用于混凝土的筑坝工程。游宝坤、赵顺增[10]通过试验，认为MgO膨胀发生在7 d～90 d，膨胀速率早期大，后期小，龄期7 d～90 d之间最大，之后每年的膨胀量甚微，膨胀速率逐渐趋于零，而且在东风拱坝上，外掺MgO混凝土浇筑后，省去了加冰拌合、水管冷却、接缝灌浆等措施，工期提前45 d，取得明显的经济技术效益；同时指出由于MgO水化速度缓慢，其膨胀稳定期较长，因此认为MgO膨胀剂适用于大坝混凝土抗裂，而不适用于工业和民用建筑。另外，游宝坤[11]认为，将菱镁矿或白云石，在立窑中经1 000 ℃～1 100 ℃煅烧成氧化镁膨胀剂，水化慢，早期几乎无膨胀，后期膨胀时间相当长，适用于筑坝大体积混凝土补偿冷缩，不适用于常温工民建大体积混凝土。进一步解释其原因，游宝坤[12]认为，通过950 ℃±50 ℃煅烧的轻烧MgO掺入大坝混凝土，其水化速度随混凝土内部温度而变化，大坝混凝土内部温度40 ℃～50 ℃，持续时间长，MgO水化速度加快，能较好地补偿混凝土后期冷缩；而常温施工下的工民建，MgO水化速度很慢，后期膨胀难以控制，风险大，因此，出于安全考虑，反对将轻烧MgO加入工民建混凝土工程。

3.2 MgO混凝土耐久性问题分析

目前，将MgO膨胀剂用于水工大坝混凝土，补偿混凝土长龄期降温收缩和干燥收缩，已被业界所认可，但将MgO膨胀剂用于工业与民用建筑仍存在不同的观点，大多数学者认为可行，并通过实验室加速反应试验及长达10年～20年的长龄期试验，证明MgO混凝土不存在安定性问题。而少数学者出于对工程安全的考虑，仍然对MgO用于工业与民用建筑存在忧虑和质疑，这需要更多更进一步的实验结果来证实这种忧虑与质疑的符实性。

4 结语

1)MgO掺入混凝土后，对混凝土耐久性无负面影响，而且会改善混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化及抗冲击耐磨损性能，有利于混凝土更耐久。2)以菱镁矿为原材料，制备MgO膨胀剂，其既具有较大的早期膨胀，又具有持续的后期微膨胀，对水泥浆体自收缩和干缩具有较好的补偿收缩作用；MgO在压蒸条件下表现出良好的体积稳定性，即使掺量高达12%时，水泥净浆压蒸安定性仍然合格。3)MgO用于水工大坝，混凝土浇筑后，可省去或部分省去加冰拌合、水管冷却、接缝灌浆等传统措施，工期可提前，具有明显的经济技术效益。4)MgO用于工业与民用建筑，目前无论是短龄期试验和长龄期试验(长达10年～20年龄期)，均显示MgO混凝土不存在安定性问题，少数学者对于MgO应用于工业与民用建筑存在忧虑，需要进一步试验证实其符实性。

参考文献:

[1] 任金来.外掺氧化镁对混凝土耐久性的影响研究[J].江西建材，2015(13):6-7.

[2] 李家正,陈 霞.外掺氧化镁混凝土性能研究综述[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2010(1):10-14.

[3] 李承木.氧化镁混凝土自生体积变形的长期试验研究成果[J].水力发电，1998(6):53-57.

[4] 胡泽清,朱正贵.轻烧氧化镁对水泥混凝土性能影响研究[J].人民长江，2015,2(46-4):87-93.

[5] 李晓勇.浅析氧化镁微膨胀混凝土的耐久性能[J].水电站设计，2008,9(24-3):69-70.

[6] 华艳茹.C50氧化镁微膨胀混凝土制备及性能分析[J].科技风，2014(2):201-202.

[7] 姚飞军,邓 敏,莫立武.80 ℃蒸汽养护条件下外掺MgO膨胀剂三级配混凝土的膨胀[J].混凝土，2012(8):34-40.

[8] 刘加平,张守治.民用建筑用轻烧MgO膨胀剂的制备与性能[J].建筑材料学报，2011(5):664-668.

[9] 游宝坤,齐东友.关于氧化镁膨胀剂的评述[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2010(4):4-6.

[10] 游宝坤,赵顺增.补偿收缩混凝土筑坝新技术[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2011(4):17-24.

[11] 游宝坤.关于三膨胀源膨胀剂问题的解析[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2012(1):1-2.

[12] 游宝坤.答罗建成同志的质疑——再谈三膨胀源膨胀剂[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2012(2):17-19.