关于混凝土关于氧化镁膨胀剂的评述

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1 前言

  在2010年第1期《膨胀剂与膨胀混凝土》杂志上，分别发表了莫立武、李家正、陈昌礼、杜兆金、张宋治、李延波、邓敏和刘立等专家学者关于我国氧化镁膨胀剂的研制、膨胀机理、掺MgO膨胀剂混凝土的物理力学性能，以及在坝工大体积混凝土的应用成果。笔者阅读以后，收获不少，了解到我国MgO膨胀剂的发展概况，和取得很大的成绩，为我国大坝建设作出了贡献，向他们表示衷心的祝贺!

  20世纪70年代初，我国专家对MgO混凝土筑坝技术进行了研究，利用MgO水化产生延迟膨胀，补偿大坝基础混凝土温降收缩，简化温控措施，降低温控费用，节约工程投资，加快施工进度，这一创新技术已在筑坝混凝土中大力推广，取得实质性成果。

  1981年，浙江大学开始进行双膨胀水泥的研究，采用提高MgO和石膏含量，获得水镁石和钙矾石两个膨胀源。

  针对MgO混凝土早期膨胀太小问题，1995年，游宝坤与王栋民等提出用氧化镁、天然明矾石和石膏研制大坝延迟膨胀剂，与中国水利电力科学研究院的颤永严、黄国兴等合作开发，并向水利电力部申报科研项目，但没有批准，因而终止继续研究。但笔者认为，氧化镁与延迟钙矾石双膨胀剂，其补偿收缩性能会比单独MgO好，有开发前景。

  MgO膨胀剂几乎都应用在筑坝混凝土上，能否应用于一般工业与民用建筑上?这涉及构筑物的安全性问题，希望引起学术界和工程界人士的关注。

  2 氧化镁膨胀剂及其应用

  在水泥熟料中的方镁石(MgO)为等轴品系，难溶于水，其水化十分缓慢，膨胀稳定期很长。国外个别桥梁混凝土开裂，查明是由于水泥中含有较多MgO，后期产生的体积膨胀所致。水泥中经高温煅烧的MgO被认为是有害成分，因而，标准规定水泥熟料中MgO一般不得大于5%。

  自1982年在吉林白山大坝偶然发现氧化镁水泥具有微膨胀性能改善开裂作用以来，经过30多年基础理论和实际应用研究，证明氧化镁并非是“有百害而无一利”。相反，利用它缓慢膨胀特性可以补偿大体积混凝土温降收缩和自收缩，减免裂缝出现。

  生产高氧化镁水泥受到国家标准的限制，并具有风险性。在20世纪90年代初，氧化镁膨胀剂应运而生，经研究表明，轻烧氧化镁的水化速度比1400℃～1450℃的方镁石的水化速度快，其膨胀稳定期有所缩短(见图1)。这是因为，用菱镁矿低温煅烧氧化镁晶粒之间存在较大的空隙和比表面积，它们与水反应的接触面积较大，反应速度就快。如果提高煅烧温度，氧化镁晶体的尺寸减少，结晶粒子密实，会大大延缓它们的水化反应，故膨胀稳定期延长。氧化镁膨胀剂的水化速度与温度高低有直接关系，从图2的试验结果可知，氧化镁掺量为6%，混凝土在40℃养护下，试件在养护龄期7d内收缩，7d之后开始膨胀，在21d～70d龄期内膨胀速率较快；84d之后膨胀速率变慢，1年后基本不产生膨胀。而在20℃养护下，先收缩后膨胀，但混凝土膨胀率速率小，其膨胀率低于30℃、40℃养护的试件，1年后仍继续膨胀。结果表明，氧化镁膨胀剂掺量相同下，养护温度越高，前期膨胀速率越大，后期膨胀速率越小，膨胀稳定期提前。

  对于大坝混凝土来说，由于水泥水化释放热量，一般在3d～5d可达30℃～50℃，且降温时间持续1年以上，在这样的水化环境中，MgO膨胀速率也加快，1年后基本不膨胀，对坝体是安全的。

  我国水利电力规划设计总院于1995年制定了《MgO微膨胀混凝土筑坝技术暂行规程及编制说明》，这对MgO膨胀剂在大坝混凝土的应用有指导意义。迄今MgO膨胀剂已经在全国三十几座水利工程中得到成功应用，应用部位主要有重力坝基础约束区、碾压混凝土坝垫层、大坝基础、导流洞、导流底孔和中型拱坝全坝段等，外掺MgO混凝土用量约100多万m3 , MgO掺量为2.0%～5.5% 。

  专家们认为，今后应在如下几个方面开展工作：

  （1）目前我国MgO膨胀剂生产工艺比较落后，无法满足大规模连续生产的要求，产品质量波动较大。因此，函待解决MgO选用何种窑型，何种生产工艺的问题。

  （2）进一步深入关于MgO膨胀剂膨胀机理与膨胀调控机制的研究，完善MgO膨胀剂膨胀性能调控与设计原理。

  （3）提出科学评估掺MgO膨胀剂混凝土安定性的方法和标准。

  （4）加快制定MgO膨胀剂产品标准。