外掺氧化镁对混凝土耐久性影响研究

1试验原材料

水泥采用曲阜中联水泥有限公司出品的基准水泥。粉煤灰检验符合GB/T1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中F类Ⅱ级粉煤灰技术要求。粉煤灰掺量为30%。砂采用细度模数2.7的中砂，粗集料为石子，连续级配5～20mm。

2外掺氧化镁对混凝土抗渗性的影响

抗渗性能是衡量混凝土抵抗液体和气体渗透作用的能力，是混凝土的一项重要物理性质。为考察氧化镁掺量对混凝土抗渗性能的影响，分别进行氧化镁掺量为0、2%、4%、6%的混凝土在3.5MPa下的抗渗试验中渗透平均高度分别为27.8mm、24mm、22.5mm、21.5mm。我们可以看出外掺氧化镁对混凝土的抗渗性能有较好的提高，未掺氧化镁的混凝土的平均渗透高度为27.8mm，而掺氧化镁的混凝土抗渗性均小于27.8mm。且随着氧化镁掺量的提高渗透高度逐渐减小，但氧化镁掺量的增加对减小渗透高度的作用逐渐减弱。这是由于混凝土中氧化镁水化时产生的氢氧化镁晶体聚集在氧化镁颗粒表面，充填了混凝土内部毛细孔，使混凝土的孔隙率减小，从而增强了混凝土的阻水能力，提高了混凝土的抗渗性。

3外掺氧化镁对混凝土抗冻性的影响

混凝土抗冻性是指混凝土处于反复冻融循环条件下抵抗膨胀开裂的能力，可用相对动弹模和质量损失率两指标来衡量。对外掺氧化镁的混凝土抗冻性的研究结果目前并不统一。李方贤采用慢冻法进行抗冻试验，氧化镁采用内掺方式，取代水泥用量，结果表明掺MgO膨胀剂混凝土较普通混凝土的抗冻性有较大的提高。李承木采用快速冻融法试验，研究显示氧化镁混凝土在冻融33次以后，相对动弹模损失在50%以下，重量损失在1.5%左右，而未掺氧化镁混凝土在冻融23次后，相对动弹模损失在60%以下，重量损失在2.4%左右。由于外掺氧化镁膨胀剂使混凝土结构更加密实，明显提高了混凝土的抗冻性。李鹏辉的氧化镁抗冻性能试验按照快冻法进行，试验结果为氧化镁掺量越大，相对动弹模下降越大，说明氧化镁的掺入对此种混凝土的抗冻性能有不利影响。李鹏辉对氧化镁和水泥的水化过程进行细观观察试验，指出氧化镁水化过程伴随的颗粒崩解造成了微观结构强度的损伤甚至破坏。为确定氧化镁对混凝土抗冻性能的影响，作者依据SL352－2006《水工混凝土试验规程》中相关规定进行混凝土抗冻试验，当相对动弹模下降至初始值的60%或质量损失率达5%时，试件判定为破坏。设计进行氧化镁掺量分别为0、2%、4%和6%的混凝土抗冻试验结果如下:混凝土冻融循环次数为0时，相对动弹模都是100%，质量损失都是0;混凝土冻融循环次数为100次时，相对动弹模分别为92.4%、96.1%、97.4%、97.0%，质量损失分别为1.3%、0.7%、0.5%、0.5%;混凝土冻融循环次数为200次时，相对动弹模分别为71.5%、81.7%、82.2%、84.8%，质量损失分别为5.8%、2.2%、1.8%、1.5%。我们可以总结出不同氧化镁掺量下混凝土冻融循环次数与相对动弹模和质量损失之间的关系:(1)随着冻融循环次数的增加，相对动弹模逐渐降低，质量损失逐渐增加，且随冻融循环次数的增加，相对动弹模降低速度增加，质量损失速度也在增加。(2)氧化镁的掺入提高了混凝土的抗冻性，200次冻融循环时，掺氧化镁的混凝土相对动弹模明显高于未掺氧化镁混凝土，质量损失明显小于未掺氧化镁混凝土。(3)随氧化镁掺量的增加，相对动弹模逐渐提高，质量损失逐渐降低，即混凝土抗冻性逐渐提高。

4外掺氧化镁对混凝土抗冲耐磨性能的影响

水流的冲击对水工混凝土耐久性有着较大的影响，造成建筑物的使用寿命大大缩短。混凝土冲磨破坏，是由水流中的介质对混凝土表面的冲击、摩擦等作用引起的［3］。根据颗粒的大小、形状、密度及水流流速的大小，水流中的介质可分为悬移质和推移质。悬移质的冲磨破坏机理为在水流的带动下粒径较小的悬砂对混凝土表面进行的摩擦，造成混凝土表面部分被磨损侵蚀。含悬移质泥沙的高速水流，以逐层磨削软弱部分的方式对混凝土材料进行磨损。推移质对水工混凝土建筑物的冲磨破坏表现为:滑动摩擦、滚动摩擦和跳跃式冲击，其中跳跃式冲击对混凝土的的破坏最大。本次混凝土抗冲耐磨性能试验按照标准《水工混凝土试验规程》(DL/T5150－2001)中相应的试验方法(水下钢球法)进行试验。水下钢球法提出于1980年，此方法测试时混凝土表面的冲磨破坏状态同实际工程中混凝土所受冲磨破坏状态较为接近。混凝土抗冲耐磨指标用抗冲磨强度或磨损率表示。分别进行氧化镁掺量为0和4%的混凝土抗冲耐磨性能试验。试验得出:未掺氧化镁混凝土的磨损率为2.31%，抗冲磨强度14.01h/kgm－2;外掺4%氧化镁混凝土的磨损率为1.55%，抗冲磨强度18.22h/kgm－2。从试验结果可以看出，掺入4%氧化镁后混凝土的磨损率减小了33%，抗冲磨强度提高了30%。可见外掺氧化镁能显著提高混凝土的抗冲耐磨性能。

5结论

氧化镁水化产生的体积微膨胀能有效解决混凝土开裂问题，本文针对外掺氧化镁混凝土的耐久性分别进行了抗渗试验、抗冻试验和抗冲耐磨试验，分析探讨氧化镁对各试验的影响规律，得出以下结论:(1)随着氧化镁掺量的提高，混凝土渗透高度逐渐减小，混凝土抗渗性能提高。这是由于氧化镁水化时产生的氢氧化镁晶体聚集在氧化镁颗粒表面，会充填混凝土内部毛细孔，使混凝土的孔隙率减小，从而增强混凝土的阻水能力，提高了混凝土的抗渗性。试验同时得出氧化镁掺量的增加对提高混凝土抗渗性的作用逐渐减弱。(2)不同氧化镁掺量下的混凝土抗冻试验表明，氧化镁的掺入提高了混凝土的抗冻性，冻融循环后掺氧化镁的混凝土相对动弹模明显高于未掺氧化镁混凝土，质量损失明显小于未掺氧化镁混凝土。且在外掺量4%以内随氧化镁掺量提高混凝土的抗冻性能逐渐提高。(3)掺入4%氧化镁后混凝土的磨损率减小了33%，抗冲磨强度提高了30%。外掺氧化镁能显著提高混凝土的抗冲耐磨性能。

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