论文总字数：16694字

摘 要

抹面水泥砂浆在硬化过程中由于水分蒸发或墙体吸水而发生收缩，常引起砂浆开裂。为了抑制这种由于收缩造成的开裂现象，可以采用各种复合式方法，其中，掺加膨胀剂，利用膨胀来补偿收缩是经济易行的。综合考虑氧化镁膨胀剂的膨胀可调、水化需水量少、对湿度养护依赖性小、水化产物稳定等特点，在抹面水泥砂浆中掺加适量轻烧氧化镁，对砂浆的变形行为进行调节，减少或避免抹面砂浆的开裂。本文就MgO种类及掺加量对砂浆试件干燥自收缩的影响进行了研究，阐明轻烧MgO膨胀剂种类和掺量对抹面砂浆变形性能的影响规律，并制备出微膨胀或低收缩抹面砂浆。

关键词：轻烧氧化镁 开裂 抹面砂浆 种类 掺量

Effect of MgO expansive agent on deformation of plastering mortars

Abstract

Cracking of plastering cement mortars often occurs. Effectiveness of MgO expansive agent on preventing cracking of plastering cement mortars was evaluated by measurement of deformation. Results showed that expansion from hydration of MgO may compensate the shrinkage of cement mortars. Less shrinkage of cement mortars was observed when higher dosage of MgO expansive agent was incorporated.

Keywords: Light burned magnesia; Cracking; The mortar; Species; dosage

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 膨胀剂的发展史 1

1.2 氧化镁膨胀剂 1

1.2.1 MgO膨胀剂在国外的发展历史 1

1.2.2 MgO膨胀剂在国内的应用 2

1.2.3 氧化镁的膨胀机理 2

1.2.4 轻烧氧化镁 4

1.3 抹面砂浆 5

1.3.1 抹面砂浆概述 5

1.3.2 抹面砂浆的开裂 5

1.3.3 抹面砂浆的改性 6

1.4 研究思路 7

1.5 研究内容 8

第二章 原材料与试验方法 9

2.1 原材料 9

2.2 研究方案 9

2.3 实验仪器 9

2.4 试验方法 11

2.4.1 抹面砂浆稠度 11

2.4.2 抹面砂浆干缩 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 砂浆试件的强度 13

3.2 抹面砂浆的变形性能 15

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

第一章 绪论

1.1 膨胀剂的发展史

膨胀水泥的研究历时一个多世纪，早在1890-1892年，凯特劳脱（C.Candlot）首先发现了水化硫氯酸钙（钙矾石），随后米却里斯（W.Michaelis）提出了钙矾石的生成是波特兰水泥在硫铝酸盐介质中产生破坏性膨胀的主要原因，因此又名水泥杆菌。之后在1936年，法国的亨利·洛特叶（H·Lossier）发明了膨胀水泥，但未正式生产。苏联在1955年前后成功的制成了不透水性膨胀水泥、硅酸盐自应力水泥等，并用硅酸盐自应力水泥来生产压力管。我国在1957年成功试制硅酸盐自应力水泥，并在1969年开始大批量制作压力管。美国在1958年成功试制K型水泥，并在1963年开始配置水泥膨胀剂。随后，水泥膨胀剂的研究开始蓬勃发展起来，1965年我国成功试制明矾石膨胀水泥（I型）用来配置水泥膨胀剂；1965年，日本成功试制CSA膨胀剂，已大量用来配置补偿收缩混凝土和自应力混凝土；1968-1970年，美国生产M型和S型两种水泥，用来配置水泥膨胀剂；1972年，日本成功配置石灰型膨胀剂^[1]。除了以上国家，还有英国、瑞典、捷克、保加利亚、新西兰等国家也在研究水泥膨胀剂。

膨胀水泥、膨胀剂和膨胀混凝土在众多国内外学者的研究下，已经发展成为水泥基材料科学的重要分支之一^[2]。这其中，水泥膨胀剂的研究也已历时半个世纪，主要种类有明矾石膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂、铁屑膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂等。

1.2 氧化镁膨胀剂

1.2.1 MgO膨胀剂在国外的发展历史

水泥中游离氧化镁的膨胀特性的发现源于其含量过高时所引起的混凝土的破坏。对氧化镁的研究最早源于国外，德国的Cassel市政大楼因为水泥中MgO含量高达27%导致损坏，而法国的许多桥梁建筑物也因使用MgO含量过高（16%~30%）导致安定性不良的水泥，在建成后不久就出现了破坏。之后，水泥中游离氧化镁的含量的高低对水泥安定性的影响备受关注。研究人员对水泥中游离氧化镁进行研究发现氧化镁水化过程产生大量膨胀，若对其进行合理的利用，则可以利用产生的膨胀来补偿水泥基材料的收缩。1980年，Mehta提出了用氧化镁作为膨胀添加剂，掺入大体积混凝土，利用其水化膨胀产生的化学应力补偿大体积混凝土的温降收缩应力，但这一研究只停留在实验室，并没有得到应用^[3]。

1.2.2 MgO膨胀剂在国内的应用

国内对于氧化镁混凝土的研究始于大体积混凝土并主要应用于大体积混凝土。在20世纪70年代初，在对李家峡和白山水电站的观测中发现坝体危害性裂缝很少，水电站处在严寒地区，温降收缩相对而言应该更大，这一反常现象顿时引起学者们的注意，经研究发现建造水电站所使用的水泥中含有氧化镁，在水泥水化过程中产生了膨胀对温降收缩进行了补偿，受此启发，学者们开始对氧化镁膨胀特性的研究，并开始了对氧化镁混凝土筑坝技术的研究^[4]。主要思路是利用高镁水泥中氧化镁在水化过程中所产生的延迟膨胀特性，对筑坝混凝土的温降收缩进行补偿，简化了温控设备，减少了温控成本，另外还可以加快施工进程，节约工程投资^[5]。

氧化镁膨胀剂具有延迟微膨胀特性，可以与混凝土的降温过程相匹配，能较好地补偿混凝土的温降收缩和变形。在我国氧化镁膨胀剂于1975 年成功运用在吉林白山重力拱坝，之后又相继运用在红石、隔河岩、青溪、龙滩、莲花、石门子和三峡大坝等工程上，效果显著^[6]。近20年来, 对氧化镁混凝土的基础理论和应用进行了大量研究，在MgO 水泥化学机理、混凝土变形性能、大坝温度应力补偿和施工工艺控制等方面已形成了一套完整的理论体系, 并在我国近20 座大中型水利水电工程中成功应用。与钙矾石作为膨胀源的传统的膨胀剂比较, 可以发现氧化镁膨胀剂水化需水量少、膨胀过程可调控、水化产物稳定, 适用于补偿大体积混凝土温降收缩、混凝土自收缩和干燥收缩, 可广泛应用于水工建筑、机场道面、公路、地下工程等^[3]。

1.2.3 氧化镁的膨胀机理

氧化镁的水化是水泥中死烧氧化镁发生膨胀的根本原因，当氧化镁水化时，其水化产物的固相体积增大了118%，但水化产物氢氧化镁的体积增长并不完全等于其在水泥浆体中所产生的体积膨胀，确切的原因尚未得到合理的解释^[7]。氧化镁的膨胀机理的解释有很多，尚未统一，这其中有三种经典的理论，分别是吸水肿胀理论、晶体生长理论，以及晶体生长与吸水肿胀结合理论。楼宗汉等提出的吸水肿胀理论认为水泥中死烧氧化镁的水化反应过程是典型的原地固相反应，由于产生的水化产物体积增大从而引起体积膨胀。Chatterji则提出了晶体生长理论，他认为水泥中死烧氧化镁水化时，在为水化氧化镁颗粒周围分布着水化形成的以镁离子和氢氧根离子为主要成分的过饱和溶液，在过饱和溶液中氢氧化镁结晶并生长，形成结晶压导致水泥浆体膨胀：

ΔP=(RT/Vm) ×ln(as/a0） （1）

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