FQY-Ⅱ新型混凝土膨胀剂的膨胀性能研究

  【摘 要】本文通过对膨胀剂微观形貌、砂浆限制膨胀率、混凝土限制膨胀率及强度以及混凝土膨胀速率的分析，研究了一种新型膨胀剂FQY-Ⅱ的膨胀性能。实验结果表明：C35混凝土中掺35Kg/m³的FQY-Ⅱ在满足强度设计要求条件下水养14天膨胀率达0.087%, 且膨胀性能稳定。膨胀率曲线表明FQY-Ⅱ膨胀剂可以发挥出更多的有效膨胀能。

  【关键词】膨胀剂；膨胀速率；膨胀性能

  1 前言

  我国混凝土膨胀剂经历了30多年的发展，特别在最近20年得到迅猛发展，膨胀剂产品更新换代也越来越快。目前市面上仍然存在的普通膨胀剂掺量（30~50）kg/m³时，其水中14天混凝土限制膨胀率仅能达到0.015%~0.025%，甚至很多厂家膨胀剂还无法达到这个标准。混凝土收缩值大约为0.06%~0.07%，有些膨胀剂因膨胀能不足，不能有效的补偿混凝土收缩。目前评价膨胀剂性能局限于膨胀率以及强度，本文通检测完整的速率曲线，从而反应膨胀剂本质特点。

  2 实验材料与方法

  2.1膨胀剂制备

  2.1.1主要原材料

  钙质原料：SiO₂<2.0%，CaO>50.0%；

  硬石膏：SO₃>45%；

  铝质材料：SiO₂<20.0%，Al₂O₃>50.0%。

  2.1.2实验方法

  将各原材料按一定比例称量，用实验室磨机磨至细度为0.08mm筛余10%~14%，磨好后生料加适量水压制成圆饼，置于电炉中煅烧，升温速率为5℃/min，至1300℃，保温20min，取出后冷却，磨至细度为0.08mm筛余20%~25%，制得FQY-Ⅱ膨胀剂，放入干燥器中备用。

  2.2砂浆试验

  膨胀剂按现行国家标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009进行限制膨胀率试验。

  2.3混凝土实验

  2.3.1实验材料

  水泥：（1）基准水泥P·O 42.5（中国建筑材料科学研究总院）；（2）水泥P·O 42.5（华新水泥股份有限公司）；

  砂子：标准砂（厦门艾思欧标准砂有限公司出品）；

  粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰（武汉青山电厂）；

  矿粉：磨细矿渣粉（武汉绿色矿渣有限公司）；

  减水剂：UJOIN-PC聚羧酸系高性能减水剂（武汉源锦科技股份有限公司）；

  膨胀剂：

  （1）UEA膨胀剂（市售产品）；

  （2）FQY膨胀剂（武汉三源特种建材有限责任公司）；

  （3）FQY-Ⅱ膨胀剂（武汉三源特种建材有限责任公司）；

  细骨料：河砂，细度模数2.66（湖北巴河）；

  粗骨料：碎石， 5mm~31.5mm连续级配（湖北乌龙泉）；

  2.3.2混凝土配合比

  混凝土配合比见表1，其中膨胀剂为内掺取代粉煤灰。混凝土拌合性能按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能实验方法标准》规定进行，力学性能按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》检测。

  2.3.3膨胀速率实验

  试模预装上膨胀杆，将搅拌好的混凝土直接浇筑到非接触式混凝土收缩变形仪（NEL-NES，北京耐尔得仪器设备公司）中，盖上湿抹布并安装标靶，监控整个膨胀曲线，将曲线微分处理，得到膨胀速率曲线。

  3 实验结果与分析

  3.1膨胀剂微观分析

  由图1FQY-Ⅱ膨胀剂SEM图中可以看出，除了一部分球形CaO特性，存在层状、板状结构的硫铝酸钙晶体，说明FQY-Ⅱ膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙双膨胀源，可以更有效的发挥膨胀性能。由图2中可以看出CaO膨胀剂中主要矿物为f-CaO(特征峰为2.772，2.4004，1.6972)，次要矿物为C3S特征峰为3.0377，2.6018，2.1852）。FQY-Ⅱ膨胀剂除了有CaO相同的f-CaO和C3S矿物特征峰外，在为3.7540和3.5065处存在硫铝酸钙特征峰和石膏峰特征峰。f-CaO可以更好的被包裹，延迟了f-CaO水化速度。

  3.2砂浆性能影响

  将不同掺量的FQY-Ⅱ膨胀剂与市面上膨胀剂作对比，其砂浆膨胀率见表2。可以看出FQY-Ⅱ膨胀剂掺量为6%的7天砂浆膨胀率已经达到0.072%，满足GB23439-2009Ⅱ型标准。FQY-Ⅱ膨胀剂掺量为10%的7天砂浆膨胀率为0.171%，约为UEA膨胀剂的4倍，为FQY膨胀剂1.6倍。

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  3.3混凝土性能影响

  3.3.1混凝土限制膨胀率及强度

  图3为（3~5）MPa拆模后检测得到的限制膨胀曲线，由图可以看出，FQY-Ⅱ膨胀剂在混凝土中具有较优的膨胀性能，其14天膨胀率在0.087%，28天干缩膨胀率剩余0.059%，膨胀率曲线在第5天稳定。图4显示掺膨胀剂实验组强度与空白组强度相当，都满足设计强度。

  4 膨胀速率试验

  4.1三种膨胀剂在C35混凝土中膨胀速率曲线

  将混凝土搅拌好后，直接装入预先准备好的装有限制膨胀杆的非接触式变形仪中，装好探头盖上湿抹布后开始实验。检测得到如图5所示膨胀剂从塑性到硬化过程中完整的膨胀周期，所得到的膨胀率为（3~5）MPa拆模后检测的值的2~3倍，并且膨胀率略有提前。图6为成型后同时跟踪检测的贯入阻力与时间对应图，由图可以看出大约在加水后7h~8h时产生灌入阻力，此时混凝土刚开始凝结，并且开始产生限制膨胀率。FQY-Ⅱ膨胀剂、UEA膨胀剂、FQY膨胀剂的膨胀率起点基本一致，但FQY-Ⅱ膨胀剂更有效的发挥出更大的膨胀能。

  将得到的完整的膨胀速率曲线进行微分处理，即可得到如图7所示膨胀速率曲线。FQY-Ⅱ膨胀剂具有明显较宽膨胀速率峰且峰值高。UEA膨胀剂、FQY膨胀剂、FQY-Ⅱ的峰宽分别约为7h~28h、7h~44h、7h~60h。FQY-Ⅱ膨胀剂膨胀速率峰值位置比UEA膨胀剂推迟约25h，比FQY膨胀剂推迟10h，由此可以看出 FQY-Ⅱ膨胀剂可以更有效的发挥膨胀性能。

  4.2不同掺量对FQY-Ⅱ膨胀速率曲线的影响

  为了进一步验证膨胀速率曲线峰值关系，下面做了不同掺量的膨胀剂试验。如图8所示，对比35kg/m³与25kg/m³两种掺量的FQY-Ⅱ膨胀剂，其膨胀速率峰的位置和峰型基本相同，只是较少掺量的峰值比较大掺量的峰值小，可见不同掺量的同种膨胀剂具有相同水化规律。膨胀速率曲线可以一定程度上反应膨胀剂本质属性，与掺量或者复配掺合料无关。

  4 总结

  （1）FQY-Ⅱ膨胀剂具有良好的膨胀性能，砂浆及混凝土膨胀率高。

  （2）混凝土刚产生灌入阻力即大约在7h~8h时，膨胀剂开始产生限制膨胀率。通过膨胀速率曲线可以看出FQY-Ⅱ膨胀剂具有较宽的膨胀速率峰。不同膨胀剂膨胀速率峰有一定区别。膨胀剂的峰型和峰值位置与膨胀剂掺量无关。膨胀速率曲线可以一定程度上表征膨胀剂本质性能。

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