方坤河， 陳昌禮， 李維維， 蔣 君， 趙振華

（1.貴州師范大學材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550059；2.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072）

0 引言

摻于混凝土中的輕燒MgO具有延遲膨脹性能，可以補償壩體混凝土降溫過程中產(chǎn)生的體積收縮，簡化溫控措施。然而，MgO摻量過高可能引起混凝土體積變形的不安定，這就存在MgO的允許摻量即安定摻量問題。水工混凝土中MgO的安定摻量可以借鑒GB/T 750—1992 《水泥安定性試驗方法 (壓蒸法)》和 《水泥砂漿安定性試驗方法 （試行）》[1]進行確定。 《水泥安定性試驗方法 （壓蒸法）》規(guī)定，當普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的壓蒸膨脹率不大于0.50%、硅酸鹽水泥壓蒸膨脹率不大于0.80%時，認為體積安定性合格，反之為不合格。不過，該方法規(guī)定試樣使用水泥標準稠度凈漿制作，這與實際混凝土中水泥漿的水灰比相差甚遠。此外，一般混凝土中還摻有摻合料和外加劑，它們都對試樣的壓蒸膨脹率有不同程度的影響。 《水泥砂漿安定性試驗方法 （試行）》參照水泥安定性試驗方法，用水泥砂漿替代水泥標準稠度凈漿進行壓蒸試驗，將不同MgO摻量的水泥砂漿壓蒸膨脹率點繪成曲線，規(guī)定曲線中的拐點即為水泥砂漿壓蒸安定性的MgO極限摻量。

毛細孔多孔材料吸收浸潤液的動力學方法，是測量水泥石、砂漿和混凝土等多孔材料孔結構參數(shù)的通用方法[2]。水是浸潤水泥材料最方便的浸潤液。利用吸水動力學方法可以測定材料的吸水率 (即材料的顯孔隙率)，通過材料的吸水過程可獲得材料孔隙的平均孔徑參數(shù)和孔徑均勻性參數(shù)。材料的吸水率越大，說明孔隙率越大，反之越小；孔徑均勻性參數(shù)α的數(shù)值在0～1之間，其值越接近于1，說明材料孔隙的孔徑越均勻；材料的平均孔徑參數(shù)λ（λ1或λ2）的數(shù)值越大，說明孔隙的孔徑越大，反之越小。

本文通過壓蒸安定性試驗和對應試樣的吸水動力學試驗，研究MgO摻量對試樣壓蒸膨脹率和孔隙率及孔隙構造的影響，以期對混凝土中MgO的安定性摻量的確定有所裨益。

1 試 驗

1.1 試驗原材料

（1）水泥。采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，密度3.06 g/cm3，比表面積355 m2/kg，標準稠度用水量27.5%，安定性合格，其主要化學成分見表1。

表1 P.O 42.5普通硅酸鹽水泥的主要化學成分（質量分數(shù)）%

（2）MgO。采用遼寧海城東方滑鎂公司生產(chǎn)的輕燒MgO，密度3.394 g/cm3，細度 （0.045 mm篩的篩余）為26.8%，其主要化學成分見表2。

表2 MgO的主要化學成分（質量分數(shù)）%

（3）粗細骨料。采用灰?guī)r人工砂和碎石，取自貴州某水電站工地。人工砂的細度模數(shù)為2.43，屬中細砂，顆粒級配屬于第Ⅱ區(qū)，級配良好，砂的視密度2.715 g/cm3，吸水率2.31%。粗骨料由工地加工成小石 （5～20 mm）、 中石 （20～40 mm）兩級。

（4）外加劑。采用奈系高效減水劑，其品質符合現(xiàn)行標準。

1.2 試驗方法

在實驗室拌制外摻MgO的水泥凈漿、砂漿和混凝土砂漿。其中，MgO的外摻量按膠凝材料總質量的百分數(shù)計。

（1）水泥凈漿的壓蒸試驗方法和試驗結果處理按 《水泥安定性試驗方法 (壓蒸法)》的有關規(guī)定進行。

（2）砂漿、混凝土砂漿的壓蒸試驗方法和試驗結果處理按 《水泥砂漿安定性試驗方法 （試行）》的有關規(guī)定進行。

（3）試驗使用砂漿的砂灰比為3.0。試驗使用的混凝土基準配合比為：一級配混凝土，水泥317 kg/m3、 水 174.5 kg/m3、 砂 873.5 kg/m3、 小石 1 113 kg/m3；二級配混凝土，水泥275 kg/m3、水151.3 kg/m3、 砂 850 kg/m3、 小石 510 kg/m3、 中石 765 kg/m3。試驗過程中通過改變減水劑的摻量以控制拌和物的坍落度在70～90 mm?；炷辽皾{的配合比，由相應級配混凝土去除粗骨料得到。

（4）介質的孔隙參數(shù)采用吸水動力學方法測定。使用與壓蒸試驗相同的原材料進行試驗，試件為邊長70.7 mm的立方體，靜置24 h拆模后置于標準霧室中養(yǎng)護至試驗齡期，在105℃條件下烘干至恒量，再冷卻至室溫后用感量為0.01 g的液體天平測定試件在水中的質量隨吸水歷時的變化。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

不同MgO外摻量的水泥凈漿、水泥砂漿、一級配混凝土砂漿、二級配混凝土砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)試驗結果見表3～6；180 d吸水過程曲線見圖1。

2.2 試驗結果分析

從表3～6和圖1可以看出，若以壓蒸膨脹率曲線的拐點 （并參考壓蒸膨脹率不大于0.5%）進行控制，則本試驗的水泥凈漿MgO外摻量不應超過2.3%（考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應不超過4.77%）；砂漿MgO外摻量不應超過4.5% （考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應不超過6.97%）；一級配混凝土砂漿MgO外摻量不應超過4.5% （考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應不超過6.97%）；二級配混凝土砂漿MgO外摻量不應超過5.5% （考慮水泥本身含有2.47%的MgO，MgO總量應不超過7.97%）。這時，試樣180 d的質量吸水率相對較低 （即孔隙率較?。?8～180 d吸水率的降低率較大，試樣的其他孔隙參數(shù) （如孔徑的均勻性、平均孔徑等參數(shù)）隨齡期的延長有較大的改善。

表3 水泥凈漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測試結果

表4 水泥砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測試結果

表5 一級配混凝土砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測試結果

表6 二級配混凝土砂漿試件壓蒸膨脹率和孔隙參數(shù)測試結果

圖1 180 d齡期吸水過程曲線

輕燒MgO之所以具有延遲膨脹性能，是因為水鎂石水化緩慢并具有膨脹性。水泥的水化是逐漸（但大部分在28 d之前）進行的，隨著水泥水化齡期的延長，水泥石越來越密實。適量的輕燒MgO的存在降低了水泥石的孔隙率，有利于孔隙構造的改善。而MgO過量則會破壞水泥石的結構，不利于孔隙構造的改善，甚至破壞水泥石密實度。這是水泥凈漿、水泥砂漿和一、二級配混凝土砂漿壓蒸膨脹率與MgO摻量關系曲線都出現(xiàn)拐點的原因，也是摻入過量的MgO時，試樣的質量吸水率或1 h的吸水過程線高于MgO外摻量為零的試樣的原因。

3 結論

（1）隨著MgO外摻量的提高，水泥凈漿、砂漿和混凝土砂漿的壓蒸膨脹率增大。

（2）MgO的外摻量超過某一數(shù)值后，水泥凈漿、砂漿和混凝土砂漿的壓蒸膨脹率隨MgO外摻量的提高顯著增長，即出現(xiàn)了明顯的拐點。

（3）試樣的孔隙率及孔隙構造與MgO的外摻量有必然的聯(lián)系。根據(jù)介質的孔隙率及孔隙構造的觀測結果，可以評估介質的體積安定性。

（4）在MgO的安定摻量范圍內，隨養(yǎng)護時間的延長，介質的孔隙率降低較明顯，孔徑均勻性、平均孔徑等參數(shù)得到顯著的改善。

［1］ 曹澤生，徐錦華.氧化鎂混凝土筑壩技術 ［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］ A·E·謝依金（蘇）， 等.水泥混凝土的結構與性能［M］.胡春芝，等譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1984.