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摘 要

自收缩是导致水泥基材料早期开裂的重要因素。本文研究了采用镁钙复合膨胀剂、硫铝酸盐膨胀剂和MgO膨胀剂来补偿水泥净浆的自收缩，在水泥净浆中掺杂上述三种膨胀剂并进行了实验研究，通过改变膨胀剂的掺量、种类来研究膨胀剂对水泥基材料自收缩的补偿效果，并对实验结果进行分析和对比。同时，对高分子吸水树脂量的补偿效应（SAP）和其引入水量对水泥浆体的自收缩量进行了研究。实验结合了膨胀剂和内养护的共同作用，研究了对水泥净浆自收缩的补偿作用，得出如下结论：

（1）钙矾石膨胀剂和MgO膨胀剂掺入水泥净浆中，均可减小水泥净浆的自收缩，其效果随着掺量的增大而更加明显。但是，在早期的膨胀速率和补偿效果上，钙矾石型膨胀剂效果较好，相对而言，MgO膨胀剂补偿效果差一点。

（2）预吸水SAP颗粒掺人水泥净浆中，可减小水泥净浆的自收缩，其效果随SAP掺量增大而更加明显。随着掺量的增加，甚至会出现微膨胀。但当掺量超过凝胶材料总量的一部分时，对自收缩的影响效果将显著减小。

（3）通过增大SAP引人水量的方式可显著改善其减小自收缩的效果，然而，当引人水量大于胶凝材料总重量一定百分比时，再增大引人水量，并不能明显减小混凝土的自收缩。

（4）本实验中，通过在水泥浆体中掺杂SAP来分析自收缩的机理。通过实验数据表明，预吸水高分子吸水性树脂（SAP）颗粒使用在水泥浆体以后，可以将水泥浆体内部相对湿度（IRH）的下降速度极大地控制下来，在水泥浆体水化早期的自收缩研究中，可以补偿水泥基材料的相对湿度，通过减缓水泥水化程度来减轻自干燥的现象，以此来减小由此产生的自收缩。

关键词：氧化镁 内养护 自收缩 高吸水性树脂 内部相对湿度

Reduce autogenous shrinkage of cement paste with MgO

ABSTRACT

Autogenous shrinkage is an important factor leading to the cracking in the cement-based materials.In the present work,the comparative study of light-burned magnesia and ettringite as expansive agents to compensates shrinkage of cement paste has been mainly made.In the examination ,we studied the expansive behavior of neat cement paste and added with the two agents.Meanwhile,the effect of dosages and incorporation methods of internal curing materials on IRH and autogenous shrinkage are studied.The experimental results are shown as following:The expansion of undercalcined magnesia and ettringite is sensitive to curing condition,especially the ettringite.The effect is getting better as the dosages increase.However, in the early expansion rate and compensation effect, ettringite expansion agent is relatively better than undercalcined magnesia.Meanwhile,Water absorption and release of internal curing materials are discussed under the condition which is the simulation of cement paste.The internal curing materials for the next study are selected.The effect of dosages and incorporation methods of internal curing materials on IRH and autogenous shrinkage are studied and results indicate that super absorbent polymer could greatly mitigate self-desiccation and reduce autogenous shrinkage at early ages.

Key Words: magnesia; internal curing; Autogenous shrinkage;super absorbent polymer;IRH

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 水泥基材料的收缩 1

1.3 补偿收缩的模式 5

1.4 膨胀剂的应用及发展历史 6

1.4.1 利用膨胀对收缩进行补偿的提出 6

1.4.2 膨胀剂的应用及发展历史 6

1.5 不同种类膨胀剂的特点 7

1.5.1 钙矾石型膨胀剂的膨胀特点 7

1.5.2 MgO膨胀剂的膨胀特点 10

1.6 水泥基材料自收缩的产生机理 11

1.7 自收缩的测试方法 12

1.7.1 体积变化率测试法 13

1.7.2 长度变化率测试法 14

1.8 本文研究内容 15

第二章 实验原材料及方法 17

2.1 原材料 17

2.1.1 水泥和水 17

2.1.2 钙矾石膨胀剂 17

2.1.3 氧化镁膨胀剂 17

2.1.4 内养护材料 17

2.2 实验方案 17

2.2.1 膨胀剂种类和掺量对水泥净浆自收缩的影响 17

2.2.2 内养护对水泥净浆自收缩的影响 18

2.3 实验方法 18

2.3.1 膨胀剂对水泥净浆自收缩影响实验 18

2.3.2 内养护对水泥净浆自收缩的影响实验 19

第三章 实验结果与讨论 20

3.1 膨胀剂对自收缩的影响 20

3.2 内养护对自收缩的影响 21

第四章 结论 24

参考文献 25

致 谢 28

第一章 绪 论

1.1 选题背景

自收缩是引起水泥基材料早期开裂的主要原因之一。通过各种膨胀剂水化膨胀来补偿水泥基材料的收缩是现如今防止水泥混凝土开裂的常用手段之一。现今，几种主流的膨胀剂分别为：硫铝酸盐膨胀剂和氧化钙膨胀剂等。其膨胀源均是钙矾石(C₃A·3CaS0₄·32H₂O)或Ca(OH)₂，虽然这几种膨胀水泥及膨胀剂的组成各不相同。

自法国人亨利·洛西叶(H.Lossier)^[1]在1936年成功了研制出了硅酸盐膨胀水泥以来,膨胀剂的应用范围不断都在不断增加和扩大。从最早的填缝、修补等应用范围扩展到地下、防水工程、要求早强高强的工程、混凝土制品构件、大体积混凝土、油井堵塞等当今的生活和工业建筑的方方面面,膨胀剂展示出了良好的应用前景。膨胀剂可以对水泥混凝土的收缩进行适当的弥补,因此，通过膨胀剂的膨胀效应来减轻水泥基材料的收缩是可行的。通过了解水泥基材料的收缩，我们可以充分发挥膨胀剂的补偿收缩效果。

1.2 水泥基材料的收缩

多相复合的准脆性材料是水泥基材料的主要特点,而影响水泥基材料耐久性的一个重要因素就是水泥基材料的体积稳定性,若体积稳定性不好，则会引发裂缝,从而导致结构渗漏、钢筋锈蚀等一系列问题,并加快水泥及材料的劣化。引起裂缝最常见的因素之一是自收缩。水泥基材料的收缩机理相对来说比较复杂,影响因素也比较多。在硅酸盐类的水泥混凝土中,一般有如下的几种收缩^[2]的收缩特点列举如下:

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