何樂文，何少云，蔣林華，張 研

（1.中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學研究所，浙江建德 311600；2.山東文登抽水蓄能有限公司，山東文登 264419；3.河海大學力學與材料學院，江蘇南京 210098）

1 概述

由于水泥的水化熱和混凝土的低導熱性，施工過程中的大體積混凝土內(nèi)部常常有較高的溫升。降溫階段會伴隨體積收縮，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生過大的拉應力，導致混凝土開裂。為減少水泥的水化熱和混凝土的開裂，工程中需采用低熱水泥、混凝土加冰拌和、埋設冷卻水管和表面隔熱保溫等措施[1]。這些方法中，有的方法成本較高且耗時。對抽水蓄能電站的面板、蝸殼等大體積混凝土，僅靠溫控措施難以完全避免熱裂縫的產(chǎn)生[2]。

補償溫度收縮可方便而有效地防止大體積混凝土的溫度裂縫[3]。MgO型膨脹劑已成功地用于補償降溫階段的混凝土收縮[4]。目前關于MgO水泥基材料的性能方面已開展了不少研究工作[2-5]，但有關養(yǎng)護溫度對MgO水泥基材料性能的影響還鮮見文獻報導。文中主要研究養(yǎng)護溫度對MgO水泥砂漿抗壓強度的影響，探討?zhàn)B護溫度對MgO水泥砂漿抗壓強度的影響規(guī)律和機理，為實際工程提供一定的試驗數(shù)據(jù)支持，也為將來使用MgO混凝土筑壩提供技術儲備。

2 試驗原材料與試驗方法

水泥為南京某水泥廠生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，細骨料為Ⅱ區(qū)河砂，細度模數(shù)2.6，MgO膨脹劑為江蘇某新材料有限公司生產(chǎn)，其活性值為120 s，拌合水為自來水。砂漿配合比如表1所示。

表1 MgO水泥砂漿配合比

試件成型后，按不同的養(yǎng)護條件，分別把試件放在標準養(yǎng)護室（20°C）、50°C恒溫水箱、80°C恒溫水箱進行養(yǎng)護，養(yǎng)護一定時間后將試件取出測定其抗壓強度，同時進行SEM，XRD和MIP微觀分析試驗。采用日立公司HITACHI的S-3400N型電鏡對MgO水泥砂漿試件進行SEM觀測；壓汞試驗采用AutoPore IV 9500型全自動壓汞儀進行。

3 試驗結果及分析

3.1 不同養(yǎng)護溫度下MgO水泥砂漿的抗壓強度

MgO水泥砂漿抗壓強度與養(yǎng)護溫度的關系如圖1所示。

圖1 養(yǎng)護溫度對MgO水泥砂漿抗壓強度的影響

從圖1中可以看出：養(yǎng)護溫度從20°C升到50°C時，除了MgO摻量5%水灰比0.4的試件B（見圖1（b）），其余試件各個齡期的抗壓強度都隨著養(yǎng)護溫度的升高而增大(以0.5水灰比、3%MgO配比為例)，由于B試件水灰比較小，內(nèi)部孔隙較少，過高的MgO摻量在50°C時水化比較充分，過大的膨脹能可能破壞了漿體內(nèi)部結構，從而降低了B試件的強度，可以認為適量提高養(yǎng)護溫度，有利于提高MgO水泥砂漿的抗壓強度；當養(yǎng)護溫度從50°C升到80°C時，除了MgO摻量3%水灰比0.5的試件A2(見圖1（a）），其余各試件早期（3 d和7 d）強度隨溫度升高而增大，后期（28 d和60 d）強度隨著溫度升高而減小，由于A2試件MgO摻量適中，水化產(chǎn)生的膨脹能剛好補償漿體內(nèi)部孔隙，優(yōu)化內(nèi)部結構，提高強度，其余試件由于80°C高溫養(yǎng)護作用，試件內(nèi)部結構可能出現(xiàn)破壞，后期強度出現(xiàn)降低，所以養(yǎng)護溫度不宜過高，可能會降低MgO水泥砂漿的抗壓強度，特別是后期強度。

3.2 SEM分析

分別對養(yǎng)護28 d(20°、80°)的A1、A2和A3試件進行SEM觀察。從SEM照片可以看出：在20°C養(yǎng)護條件下，空白試件A1結構比較疏松，水化生成大量的薄板層狀Ca（OH）2晶體鑲嵌在C-S-H凝膠中，內(nèi)部孔隙較多，而隨著MgO的摻入，試件內(nèi)部結構明顯得到改善，摻入5%MgO的A3試件結構最密實，在500倍SEM圖片中，基本看不到孔洞和裂縫，水化生成的鈣礬石和水鎂石填充和阻塞了水泥石的空隙，隨著晶體的生長而產(chǎn)生膨脹壓力，降低了水泥石的總孔隙率，減小了孔徑，使砂漿試件更加密實。MgO摻量為3%的試件，A2的結構看起來最為密實，表明高溫養(yǎng)護條件下，摻入MgO可以優(yōu)化內(nèi)部結構，降低孔隙率，而MgO摻量過高，又有可能會導致漿體內(nèi)部產(chǎn)生局部膨脹，而使內(nèi)部結構松散。

3.3 XRD分析

由于不同的養(yǎng)護溫度對水泥水化有較大影響，因此有必要對試樣進行XRD分析，比較不同養(yǎng)護溫度下試樣組成的變化。圖2為0.5水灰比、5%MgO摻量的A3試件水化3 d的XRD圖譜。

圖2 水化3 d的XRD圖譜（0.5水灰比、5%MgO）

從圖2中可以看出：由于使用砂漿作為XRD測試試樣，所以可以明顯的看到SiO2的衍射峰，20°C水化3 d時，可以看到有少量的MgO的衍射峰，說明MgO水化還不充分，而在80°C時，3d齡期已經(jīng)基本看不到MgO的峰。在80°C養(yǎng)護條件下發(fā)現(xiàn)Ca(OH)2的衍射峰比20°C養(yǎng)護溫度更強，說明隨著溫度的升高，漿體內(nèi)部水化更充分，生成的Ca(OH)2，同樣80°C時的C-S-H凝膠的衍射峰也比20°C的強，進一步說明溫度升高，有利于MgO水泥砂漿的水化，宏觀也表現(xiàn)養(yǎng)護溫度高的MgO水泥砂漿，早期力學性能優(yōu)于20°C養(yǎng)護溫度。

3.4 MIP分析

對采用不同溫度養(yǎng)護2 8 d的試件進行壓汞試驗，測試結果如表2所示。

通過表2還可以看出：摻入MgO的砂漿試件在小于100 nm的孔隙比例，明顯多于未摻入MgO的水泥砂漿試件，而大孔的比例又小于空白試件，隨著溫度的升高，MgO水泥砂漿試件孔徑和孔隙率也都相應的減小。在20°C養(yǎng)護溫度下，水灰比為0.5、摻入5%MgO的水泥砂漿試件A3的孔結構最優(yōu)，其中小于50 nm的無害孔比例最大，總孔隙率最小，而在80°C養(yǎng)護條件下，水灰比為0.5、MgO摻量為3%的試件A2的孔結構優(yōu)于A3，可見在高溫養(yǎng)護條件下，MgO摻量往往比常態(tài)下要求更嚴格，由于高溫水化迅速，過高的MgO摻量可能導致漿體內(nèi)部的局部膨脹，而破壞漿體內(nèi)部結構。

表2 各配比砂漿28 d齡期的孔結構參數(shù)

4 結論

1）提高養(yǎng)護溫度可以提高MgO水泥砂漿的抗壓強度，但養(yǎng)護溫度不宜超過50℃，養(yǎng)護溫度超過50℃反而會降低MgO的抗壓強度。

2）摻入MgO可以優(yōu)化水泥砂漿的孔隙結構，有助于降低孔隙率，減少有害孔；高溫養(yǎng)護條件下應嚴格控制MgO摻量，防止因水泥水化迅速產(chǎn)生局部膨脹，破壞漿體內(nèi)部結構。

［1］J.Gajda,M.Vangeem.Controlling temperatures in mass concrete,Concrete International,2002，24（1）：59-62.

［2］L.Mo,M.Deng,A.Wang,EffectofMgO-basedexpansive additive on compensating the shrinkage of cement paste under non-wet curing conditions,Cement&Concrete Composites,2012，34（3）：377-383.

［3］Pei-wei Gao,et al.Soundness evaluation of concrete with MgO,Construction and Building Materials,2007，21（1）：132-138.

［4］P.K.Mehta,D.Pirtz,Magnesiumoxideadditiveforproducing selfstressinmassconcrete.In:Proceedingof 7thinternational congress on the chemistry of cement,vol.Ⅲ,Paris;1980：6-9.

［5］曹澤生，徐錦華.氧化鎂混凝土筑壩技術［M］.北京：中國電力出版社，2003.