摘要:鑒于原不夠科學的檢驗方法,長期以來,MgO便作為水泥的有害成分而被嚴格限制。實際上,高溫高壓破壞了可能約束試件膨脹的粘結力,不適當地提高了膨脹量,夸大了它的不安定性,因此壓蒸結果不安定。所以,尋找一種切合實際、簡便有效的快速檢驗MgO極限含量的方法,已成為推廣應用高鎂水泥亟待解決的問題。本文根據有關資料,通過試驗結果分析,提出采用水泥膠砂壓蒸檢驗方法代替水泥凈漿壓蒸檢驗方法的建議。
　　關鍵詞:混凝土;外摻MgO;質量;分析
　　1前言
　　國內外對水泥中MgO含量的控制,一直沿用水泥凈漿試件在2MPa壓力下(溫度達216℃),壓蒸3h,使Mg(OH)2全部反應完的膨脹量,作為MgO合格含量的評定標準。任何物質的化合反應在高溫高壓與常溫常壓狀態下,是有顯著差別的,特別是活性較低的MgO,在常溫下其反應速度極為緩慢,可延長至幾十年;但在高溫高壓下,其反應速度十分迅速,且在加速化學反應時,會產生相應的體積膨脹(包括f-CaO的膨脹量、水泥漿體低固相低強度下產生的體積熱膨脹量,這種膨脹一般是不可逆的),從而導致水泥凈漿壓蒸測得的膨脹值偏大。
　　表1凈漿試體的壓蒸膨脹率
　　
　　注:(1)OPC指硅酸鹽水泥;(2)PFA指粉煤灰;(3)輕燒MgO的摻量為MgO粉,占膠凝材料(水泥和粉煤灰)的重量百分含量;(4)GB/T176-87及GB/T175-92規定,硅酸鹽水泥壓蒸膨脹值<018%,普通硅酸鹽、粉煤灰硅酸鹽水泥<015%。
　　2不同檢驗方法比較MgO含量對安定性的影響
　　2.1不同MgO摻量的水泥凈漿試體壓蒸試驗
　　不同MgO摻量的水泥凈漿試體壓蒸試驗成果見表1。從表1中可看出,水泥凈漿試體膨脹值MgO摻量的增加而增加。未摻粉煤灰時,MgO摻212%時已發生突變,已達到極限摻量。粉煤灰摻量為30%時,MgO摻量在3%時將發生突變,故3%即為MgO極限允許摻量,若按此來控制混凝土MgO摻量,配制的混凝土微膨脹無法達到設計要求,多個工程實踐證明,該試驗方法檢測結果數據偏大,不宜作為外摻MgO混凝土控制指標。
　　2.2水泥凈漿試體在20℃水中養護的膨脹率
　　從表2中可以看出,MgO摻量為6%時,粉煤灰摻量為0,10%,15%,20%,25%,30%時,其180d齡期膨脹率分別為0.279%,0.186%,0.149%,0.148%,0.104%,0.151%。結果表明粉煤灰摻量在10%～25%時,有顯著的抑制水泥凈漿試體的微膨脹作用,但摻30%比摻25%的微膨脹量還增大45%,說明適量的粉煤灰摻量能減少混凝土干縮,從而提高其微膨脹率。MgO摻量同為4%時,壓蒸膨脹量是20℃水中養護180d的24倍,說明養護溫度對MgO膨脹量影響極大,且常溫養護時間過長,又無標準作衡量判定,因此該法不能作為MgO摻量控制的依據。
　　2.3水泥凈漿試體在50℃水中養護的膨脹率
　　從表3中可以看出,MgO摻量為4%時,粉煤灰摻量為0,10%,15%,20%,25%,30%時,其180d齡期微膨脹率分別為0.417%,0.256%,0.138%,0.207%,0.116%,其值與20℃水中養護比較,同為30%的粉煤灰及6%的MgO摻量時,其180d齡期膨脹率高出108%,說明溫度對促進MgO的膨脹量影響極大,且測值與壓蒸差別太大,因此也不能作為判定依據。
　　2.41∶3的水泥砂漿試體壓蒸試驗膨脹率
　　從表4中可看出,未摻粉煤灰、MgO摻量為5%時,其膨脹率僅為0.68%,未超過規范要求(<0.8%);而MgO摻量為6%時,其膨脹率達1.044%,已超過規范要求,因此5%作為極限允許摻量。在粉煤灰摻量為30%時,MgO極限摻量可達到8%,但筆者認為此摻量偏大,宜按1∶2膠砂試件的壓蒸膨脹值來確定MgO的極限摻量,較為實際,但檢測方法尚需進一步完善。特別是摻粉煤灰后宜按2d后拆模作為基礎值,才可能避免由于脫模過早而增大的誤值。
　　2.5水泥砂漿試體在50℃水中養護的膨脹率
　　從表5中可以看出:MgO摻量為6%時,粉煤灰摻量為0,10%,15%,20%,25%,30%時,180d齡期膨脹率分別為0.139%,0.044%,0.025%,0.025%,0.041%,0.077%;粉煤灰摻量在30%后,其微膨脹比摻20%還增大200%,說明30%是粉煤灰較佳摻量,但這種檢驗方法作為判定MgO安全摻量也無參考價值。
　　3MgO壓蒸試驗綜合分析
　　3.1水泥凈漿壓蒸測值過大
　　從以上水泥凈漿壓蒸、水泥膠砂壓蒸及水泥凈漿在水中(20℃及50℃)養護180d試驗結果可以看出:水泥凈漿壓蒸檢驗結果,MgO摻量2.2%時,其膨脹率為0.63%,20℃水中養護180d;MgO摻量在6%時,其膨脹率也只有0.28%,而50℃時可達0.68%,這說明溫度是促使MgO產生水化膨脹的主要因素,高溫高壓極大地促進了水化Mg(OH)2產生的膨脹量。在摻有粉煤灰30%、MgO只有3%時,水泥凈漿壓蒸膨脹率就達到0.46%,而50℃水中養護180d,MgO含量達6%時,其膨脹率只有0.31%,說明摻有混合材時,其膨脹差別更大。摻30%粉煤灰,MgO含量只有3%,其膨脹量就達0.46%,已達極限摻量,為了滿足壩體補償收縮的膨脹量要求,MgO實際外摻量為4.2%～4.5%,其180d混凝土膨脹量才達到130×10-6,且已趨于穩定值。說明用水泥凈漿壓蒸膨脹率來判定MgO摻量,勢必限制MgO的有效含量,從而阻礙對MgO膨脹量的合理利用。
　　表220℃水中養護的水泥凈漿試體的膨脹率
　　                       
　　表350℃水中養護的水泥凈漿試體的膨脹率
　　
　　表41∶3砂漿試體的壓蒸膨脹率
　　
　　注:(1)OPC為硅酸鹽水泥;(2)PFA為粉煤灰;(3)輕燒MgO的摻量為MgO粉占膠凝材料(水泥和粉煤灰)的比重百分含量。
　　3.2水泥凈漿、砂漿及混漿土結構無法比擬
　　眾所周知,混凝土是一個多相體結構,其砂石骨料體積占總體積的70%～80%,水泥砂漿約占30%～40%,水泥凈漿只占約20%。因此在等量MgO時,其膨脹量在3個不同組合材料中,產生的體積膨脹量有很大的差別。
　　如表6所示,MgO摻量均為415%時,水泥凈漿壓蒸膨脹量為水泥砂漿膨脹量的360%～455%,為混凝土膨脹量的1185%～1617%;而水泥砂漿膨脹量為混凝土膨脹量的329%～355%。MgO摻量同為膠凝材料的4.5%時,MgO體積比濃度,水泥凈漿大于砂漿,砂漿大于混凝土。同時砂石料顆粒對MgO膨脹有一定的離間及約束作用,所以用水泥凈漿的變形量來評判MgO的極限含量,必然成倍地增大MgO的膨脹量,這與實際混凝土相差極大。國內各壩體混凝土MgO含量統計見表7。
　　從表7中可以看出,不管是內含或外摻的MgO,都具有微膨脹作用,其含量只要不超過7%,已建成的大壩都屬安全運行,且都具有減少溫度裂縫、補償溫差應力(高達40℃)的作用。因此,若以水泥砂漿壓蒸試驗替代水泥凈漿壓蒸試驗,更接近于實際工程中MgO應用狀況。
　　表550℃水中養護的水泥砂漿試體的膨脹情況
　　
　　表6水泥凈漿、砂漿、混凝土變形關系
　　
　　4結語
　　擬用水泥膠砂試塊進行壓蒸試驗,膠砂比例為1∶2,成型養護溫度為20℃,養護時間為48h。拆模后量測初始長度,然后放于高壓釜中,壓力為2MPa,壓蒸時間為3h,檢測時應以緩慢降溫到20℃的壓蒸膨脹值作為評定MgO含量安定性的依據,評定標準按GB/T516-87的規定:硅酸鹽水泥壓蒸膨脹值小于0.8%,普通硅酸鹽水泥或粉煤灰硅酸鹽水泥小于0.5%,且壓蒸后試件表面無龜裂、脫皮、粉化等,即該MgO含量為合格。改用該方法后,保留了通用的壓蒸時間及溫度的規定,促進了MgO在高溫高壓下快速水化的作用,快速選擇MgO的安全摻量,同時改用水泥砂漿試件更接近于混凝土本身結構,又成倍地增大了MgO在混凝土中所占體積的比值,增大了MgO含量在混凝土中安定性的保證值,達到較為實際地檢測MgO壓蒸膨脹量及合理選擇MgO含量的目的。