ZY高性能混凝土膨胀剂性能和水化机理的研究

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一．概况
砼膨胀剂是配制补偿收缩砼及高性能砼的重要组分材料，我国自八十年代以来，已在工程中得到广泛应用。 2000年全国膨胀剂产量约30万吨，我院研制的UEA膨胀剂始终占领市场的主导地位，其中UEA膨胀剂占70－80％。但必须清醒地认识到，随着膨胀剂产量的迅速增加和应用的不断扩大，由于原材料资源及其自身化学组成的限制，膨胀剂在质量稳定性、碱含量、膨胀效能及施工性能等方面存在的缺陷日渐显现出来。因此开辟新的技术途径，降低膨胀剂的掺量、提高膨胀剂的性能是当前砼膨胀剂发展的重要课题。
ZY高性能混凝土膨胀剂是中国建筑材料科学研究院的科学基金项目，是 在 UEA基础上 研制开发成功的 新一代混凝土膨胀剂。 该产品是用回转窑生产的特制膨胀熟料、石膏和膨胀稳定剂共同粉磨而成。 与传统UEA相比，ZY膨胀剂的主要原料膨胀熟料由 回转窑 生产，产品质量更加稳定可靠，其优异性能表现在：掺量低，膨胀率高，碱含量低，坍落度损失小，强度高。
ZY膨胀剂先后用于北京四环路地下连续墙，深圳华为科研中心，广州花都机场航站楼等重点工程，均取得良好效果。

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三． ZY膨胀剂的砂浆性能
掺ZY膨胀剂砂浆的性能指标 表2

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从表 2及图3―1、图3―2可以看出ZY的限制膨胀率在掺量6―10范围内均符合JC476―2001的要求，并随掺量的增加而增加，随水灰比的减少而减少。图3―3表明ZY的膨胀主要发生在14天以前，28天后膨胀已进入稳定期。

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四． ZY膨胀剂的混凝土性能
混凝土配合比 表 3

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ZY混凝土试验结果表明，限制膨胀率与掺量成正比，与水胶比成反比，与基准混凝土相比，坍落度损失相同，3、7天强度略有提高，28天强度持平。
五． 水化试验
5.1 样品制备
选取某厂生产的 525 # 水泥掺 8%ZY 膨胀剂，成型尺寸为 2 × 2 × 2cm 净浆试体，水养龄期分别为 3d ， 7d ， 14d ， 28d 。到龄期后试块破碎至 1~2

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X 射线图上分析表明，水化过程中的结晶相组成有 Ca(OH) 2 晶体，硬石膏晶体，钙矾石相，阿利特和 β 硅酸二钙等。由于 ZY 的掺量低， CA 和 CA 2 峰不明显。

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Ca(OH) 2 的特征峰为 2.63 埃和 4.90 埃。从图 4 － 1 可看出 Ca(OH) 2 晶体 CPS 值随时间延长是增加的。
钙矾石的特征峰为 9.73 埃、 5.61 埃和 3.87 埃。 3.87 埃峰的相对强度变化说明钙矾石晶体数量一直在增加，如图 4 － 2 。
硬石膏的特征峰是 3.49 埃，其 CPS 值变化见图 4 － 4 。说明硬石膏在水化反应过中不断减少。 14天以前硬石膏晶体数量迅速减少，在这期间膨胀性钙矾石大量生成，这与限制膨胀率的发展是一致的 。 28 天样品中仍有剩余硬石膏存在，可防止钙矾石（ AFt ）向 单硫型水化硫铝酸钙（ AFm）转化。

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5.3 扫描电镜试验结果分析
从 1 天的水化照片上可以看到，钙矾石在扫描电镜下呈现出十分良好的晶体形态。晶体轮廓清晰，表面光洁，常常形成理想的晶体，晶体粗大，排列也比较疏松。大多数的晶体在孔液中形成，是短柱状晶体，也有大量的针状晶体。单个晶体可达长 4 ～ 5 μ m，宽1～2μm。只所以形成具有上述特征的钙矾石晶体，是因为 ZY膨胀剂水泥浆体中含有形成钙矾石所必须钙离子和硫酸根离子三个组分的全部组分，1天时钙矾石晶体从过饱和液中析出，填充了原来被溶液所占的孔洞，使水泥浆的结构致密和膨胀。从1天的照片上还可看出不规则形状的 Ca(OH) 2 晶体从溶液中析晶出来，填充于孔隙中，其最长可达 15 μ m以上 。从总体上来看， 1 天龄期的水泥浆是以阿利特水化后周围形成的胶体物质为基体，钙矾石和 Ca(OH) 2 晶体零星分布在孔隙之中。
从 3 天时的硬化水泥浆扫描电镜图上可看出，钙矾石晶体进一步变长，变粗，最长的可达 8 ～ 9 μ m，宽1～2μm。 Ca(OH) 2 晶体有大量的短方柱状晶体生成，其长为 4 ～ 5 μ m，宽为2～3μm。
7 天时的硬化水泥浆体的扫描电镜图中可以 看出， 钙矾石的晶体大小变化不大，但数量增多。 Ca(OH) 2 晶体仍以短柱状为主，而六方片状的很难找到。
14天龄期的硬化水泥浆体扫描电镜图中， Ca(OH) 2 晶体仍以短柱状为主，也有大的 Ca(OH) 2 晶体存在。钙矾石晶体的形貌和大小有了很大的变化。以前生成的柱状钙矾石晶体没有什么变化，但新生成的钙矾石晶体以针状为主，长可达 30 μ m，宽只有不到1μm。
28天龄期的硬化水泥浆体的扫描电镜图上一个明显的特征是型成了大量的水化硅酸钙凝胶，水泥石更加致密。由于被水化硅酸钙凝胶包裹，几乎观察不到钙矾石晶体的存在， Ca(OH) 2 晶体也难于发现。

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5．4差热分析实验结果和分析