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摘要：通过对多种养护条件下掺ZY膨胀剂试件的膨胀率变化规律进行研究，发现在水中养护膨胀率持续增大，在封闭条件下，膨胀率大幅低于水中养护，其原因主要是膨胀机理不一样引起。
Abstract: The expansion rate of specimen with ZY expansive agent under different curing conditions was studied. The results showed that the expansion rate continued to increase in water. The expansion rate under closed condition is much lower than that in water conservation. The main reason is that the expansion mechanism is different
关键词： 膨胀剂 养护 膨胀机理 水化 钙矾石
Key Words Expansive agent Curing Expensive performance Hydration Ettringite
膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土产生可控制膨胀以减少收缩的外加剂。在水泥水化和硬化阶段，膨胀剂不仅自身可以产生膨胀，而且也能与水泥混凝土中的其它成分反应产生膨胀。但是膨胀剂在缺水养护条件下，其膨胀机理可能是完全不一样的。作者主要进行了多种养护条件下，保持水胶比和膨胀剂掺量不变的砂浆体积稳定性试验，更进一步论证其膨胀机理差异的原因。
一、膨胀机理分析
试件在封闭、标养、水中三个养护条件下的自由膨胀率，试验结果如图1.1。
图1.1 膨胀剂在不同养护条件下的自由膨胀率（με）
从图1.1中可以看出，在所测龄期里，在水中养护时，膨胀率持续稳定增大；在标养时，膨胀率先增大后减小；在封闭条件下，几乎没有膨胀，一直收缩。产生这种现象，可能主要是由以下几方面原因引起的：
（一）AFt转化
由于AFt转化为AFm而使膨胀率降低，但AFt转化为AFm是有条件的，一般认为是受温度的影响，超过一定的温度后，钙钒石就会分解为单硫型的AFm。在本试验所处的常温下，受温度影响而使钙钒石分解膨胀率下降的可能性很小。但是在封闭干燥条件下钙钒石能否稳定存在的研究并不是很多。不过还是可以从相平衡方面来研究，单硫型硫铝酸钙(C3A·CaSO4·12H2O，AFm)以亚稳平衡水化物出现，其析晶浓度范围是：CaO浓度在335～1179mg/l，CaSO4浓度在4～8mg/l之间。因此，AFm是在液相中石灰浓度较高而石膏浓度很低时出现的四元复盐。所以，在普通硅酸盐水泥、硅酸盐膨胀-自应力水泥中，在石膏较多时，往往先形成钙矾石相；在石膏接近消耗完毕时，往往会看到AFm的出现。而封闭缺水的条件下，膨胀剂水化并不完全，所以石膏不一定能完全消耗完，因此AFt转化为AFm而使膨胀率减小的可能性比较大。
（二）水化不充分
养护条件不同，生成钙矾石的量不同引起膨胀剂膨胀机理存在差异。在水中养护时水分充足，膨胀剂水化十分充分，生成的钙矾石最多，且生成的钙钒石只需补偿化学收缩和自收缩，不存在干缩。在标养时，随着膨胀剂反应的进行，初期生成的钙矾石能补偿收缩并产生外体积膨胀，但是随着龄期的增长，生成的钙矾石越来越少，不能补偿收缩，因此产生了落差，膨胀率为负。阎培渝等人认为钙钒石类膨胀剂主要用于补偿混凝土的温缩，对于长期干缩并无明显的补偿作用，即以钙钒石为膨胀源的膨胀剂膨胀主要发生在早期，在水化初期能弥补水化热损失带来的收缩，对长期的干缩并无明显的影响，所以，在标养时，后期缺水的条件下，出现了一个膨胀落差，使膨胀率数值由正变为负。在封闭条件下养护时，由于钙矾石分子中含水45.9%，生成钙钒石反应的需水量比较大；在无外加水分补充时，膨胀剂水化不完全，钙钒石生成较少，不能完全补偿试件的各种收缩。这与席耀忠对以钙钒石为膨胀源的膨胀剂的养护条件做过的研究结果一致。
（三）毛细孔负压引起收缩
在封闭条件下环境很干燥，且在低水胶比情况下，砂浆试件的毛细孔中水更少。在掺加了减水剂后，减水剂具有润湿、润滑和吸附-分散的作用。正是由于吸附-分散的作用，使水泥絮凝体的游离水释放出来，同时也使毛细孔中的水释放出来。在这种条件下，毛细管内的负压很大，可使试件发生收缩。毛细管张力学说认为，平面状态水的饱和蒸汽压取决于温度，而硬化水泥石中的毛细孔水由于液面呈曲面，其饱和蒸汽压比平面状态下水的饱和蒸汽压低，两者之间的压力差即为毛细管负压。
（四）钙钒石的膨胀机理
关于钙钒石的膨胀机理现在主要有两种学说：一种是吸水肿胀，一种是结晶膨胀，但是这两种学说可以统一起来。一般认为，当钙矾石结晶度小时，吸水肿胀占优势；钙矾石晶粒粗大，则会由于结晶而产生较大的压力。在水化初期，水分比较充分时，吸水肿胀就会占主导因素，但是这时水泥石还不是很密实，弹性模量还不很高，吸水膨胀所产生的力绝大部分消耗在塑性变形中，主要使水泥石密实，体现骨架作用。在水化后期，当水泥石比较密实时，结晶膨胀就占主导因素，这时即使产生的结晶膨胀力没有吸水膨胀力大，也能产生外体积膨胀。国外有关CaO-A12O3-CaSO4-H2O相平衡的研究方面，琼斯的研究结果表明：在20～25℃时，CaO-A12O3-CaSO4-H2O四元系统中唯一稳定四元复盐是钙矾石，它具有广泛的析晶范围，当液相中石膏饱和时，其平衡的CaO浓度可低至17.7mg/l；而当液相中石灰饱时，其平衡CaSO4浓度可低至14.6mg/l。因此，钙矾石可以在大多数含CaO、A12O3和CaSO4的水泥浆体中存在，很容易从液相中结晶膨胀出来并产生外体积膨胀。但值得注意的是结晶膨胀是有条件的，钙钒石从液相中结晶出来，其条件是必须要有水的存在。所以，在封闭条件下没有足够的水分补充，钙钒石相通过结晶膨胀在后期产生外体积膨胀不现实；而前期的吸水肿胀，在封闭缺水、水胶比还比较低、弹性模量还不高的条件下也难以发挥膨胀作用。
除以上因素外，C-S-H凝胶对SO3的吸收也影响膨胀性能。还有研究表明：硅酸盐水泥中水化反应时，进入钙矾石的SO3不到膨胀水泥中所含SO3的一半(充其量30%)，多于一半的SO3进入C-S-H凝胶。这部分被C-S-H凝胶吸收的SO3在固相石膏消耗完后可以释放一部分出来形成结构细小的钙矾石，而此时砂浆试件密实，少量的钙矾石就可产生较大的膨胀。但是在封闭缺水的条件下，即使这部分SO3释放出来，也难以产生膨胀。
二、结论
（一）通过测试砂浆试件在水中、标养、封闭条件下的膨胀率，可知不同养护条件下，膨胀剂的膨胀机理差异很大。
（二）封闭条件下与水中膨胀机理不一致，主要是由AFT转化、膨胀剂水化不完全、毛细孔负压增大、钙矾石肿胀失效等引起的。
参考文献：
[1]陈昌礼，陈学茂．氧化镁膨胀剂及其在大体积混凝士中的应用[J]．新型建筑材料．2007．4．
[2]游宝坤，钙矾石与膨胀水泥[J]．硅酸盐通报．1985年第3期．
[3]阎培渝，彭江，陈广智．大体积补偿收缩混凝土中的延迟钙矾石生成现象——答游宝坤同志的质疑[J]．混凝土．2002年第1期(总第147期)．
[4]游宝坤 席耀忠．钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性[J]．中国建材科技．水泥与混凝土．
[5]吴中伟.补偿收缩混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1979.
[6]游宝坤.我国混凝土膨胀剂的发展近况和展望[J]．混凝土.2003， 32 (4) ：3-6.
作者简介：陈明，1980.09.08，男，硕士研究生，高级工程师
论文作者:陈明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：矾石论文; 条件下论文; 水化论文; 膨胀剂论文; 机理论文; 混凝土论文; 水泥论文; 《防护工程》2018年第30期论文;