MgO膨胀剂工程应用.doc

1.MgO膨胀剂的生产及技术要求 MgO膨胀剂是以富含MgO的菱镁矿（MgCO3）、白云岩或石灰石为原料，经适宜温度煅烧后磨细而成，白色粉末状，密度2.9-3.3g/cm3，其质量用纯度（MgO含量）、活性指标、烧失量、细度和氧化钙含量来评价。这些质量指标又与原料的品质、煅烧设备、煅烧制度、煅烧流程等密切相关。 MgO膨胀剂的煅烧设备常采用工业反射窑（立窑）和回转窑。MgO的烧成温度越高，高温下的保温时间越长，活性指标越大，则方镁石（MgO晶体）的水化活性越小，水化越慢。利用回转窑生产MgO，窑内煅烧温度容易控制，烧成时间短（45-60min），出窑的轻烧镁砂粒度较细（小于2mm的颗粒多于90%），冷却快，烧失量小，烧成的MgO质量比较均匀，纯度大于90%，活性高。调整原料的煅烧设备，煅烧温度，高温下的保温时间，入窑粒度等，即可改变MgO膨胀剂的膨胀速率和膨胀量。若要生产内含MgO量较高的水泥，只需在水泥生料中参入适量的菱镁矿，稍许改变睡你的煅烧工艺和生产流程即可。但是，由于受料源的限制，目前只有极少数的水泥厂家能够生产内含MgO量较高的水泥。长江三峡水利枢纽二、三期工程，贵州构皮滩水电站大坝等，均使用了内含MgO为3.5%-5.0%的微膨胀型中热水泥，其混凝土的自生体积变形均呈微膨胀型。 直接将粉状MgO膨胀剂与混凝土的其他原材料（如水泥、碎石、砂子、粉煤灰等）一起搅拌而成的混凝土，可以根据混凝土结构设计要求的补偿收缩量，通过调整MgO膨胀剂的煅烧设备、烧成温度、高温下的保温时间、掺量、外掺混合材的种类等手段来调节混凝土的膨胀速率和膨胀量。利用这种方法配置MgO微膨胀混凝土，相对使用内含MgO量较高的水泥而言，方便灵活，实际工程应用较多。1994年，能源部、水利部水利水电规划设计总院颁发了用于水利水电工程的轻烧MgO膨胀剂的技术要求——《水利水电工程轻烧MgO材料品质技术要求（试行）》，见表1。 表1 水利水电工程对轻烧MgO的技术要求 MgO含量/% 活性指标/s CaO含量/% 细度/孔目 筛余量/% 烧失量/% SiO2含量/% ≥90 240±40 2 180 ≤3 ≤4 4 2.MgO膨胀剂的作用机理 南京工业大学邓敏教授、崔雪华教授、唐明述院士等人通过多年研究后认为，经过高温煅烧的方镁石（MgO晶体），水化作用很缓慢，在水化生成Mg(OH)2过程中引起的自生体积膨胀出现的较迟；由MgO水化而来的Mg(OH)2晶体的形成和发展，是水泥石产生延迟性膨胀的源泉；MgO水泥结石的膨胀能来自于Mg(OH)2晶体的吸水肿胀力和结晶生长压力，水化早期的Mg(OH)2晶体很细小，晶体的吸水肿胀力是水泥结石膨胀的主要动力，随着Mg(OH)2晶体的长大，晶体的结晶生长压力转变为膨胀的主要动力；MgO水泥结石的膨胀量取决于Mg(OH)2晶体存在的位置、形状和尺寸。MgO水泥结石和混凝土的膨胀性能主要取决于MgO膨胀剂的质量和掺量，其次与环境温度、混合材的种类和掺量、水泥熟料的矿物组成和游离CaO含量等因素有关。 3.氧化镁膨胀剂的技术效应 利用贵州水泥厂42.5硅酸盐水泥、清镇电厂分选粉煤灰（Ⅱ级）、人工砂石料、海城MgO（理化性能指标见表2）。在实验室拌制MgO混凝土配合比见表3。配合比中的MgO外掺量分别为胶凝材料总量百分数，控制坍落度为2-6cm。 表2 海城MgO的理化性能指标 细度/目 活性/s 化学成分/% 烧失量 SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 180 229 2.28 3.97 1.44 91.42 0.38 0.38 表3 混凝土配合比 编号 原材料及用量 外加剂掺量/% 胶凝材料/(kg/m3) 骨料 水/(kg/m3) 水泥 粉煤灰 砂率 m(中石)：m(小石) 木钙 DH48 DH9 MgO M0 171 73 32 60:40 122 0.25 0.50 0.003 0 M1 171 73 32 60:40 122 0.25 0.50 0.003 2.5 M2 171 73 32 60:40 122 0.25 0.50 0.003 3.5 将编号为M0、M1、M2的混凝土力学性能实验试件脱模后放置于恒温（20±2）℃、相对湿度不低于95%的环境中养护，变形试件放置于恒温（20±2）℃、绝湿环境中养护，测得混凝土试件的力学性能、体积变形值G(t)及它们随MgO掺量变化的相对结果和随时间t变化过程曲线分别见表4、表5，图1。 表4 混凝土的力学性能试验结果 编号 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 弹性模量/(×104MPa ) 极限拉伸值/(×10-4) 7d 28d 90d 180d 7d 28d 90d 180d 7d 28d 90d 7