毕业论文课题相关文献综述

1. 外掺氧化镁简介

混凝土作为人造材料的一种，是基础设施建设所必须的材料之一，应用非常广泛。混凝土作为工程材料，有几个固有特点：一是在混凝土中胶凝材料的水化反应过程中，强度得到增长的同时，伴有大量的热量释放以及体积变形（主要为温度变形和自生体积变形，且主要表现为收缩）；普通混凝土在硬化过程中均会发生体积收缩，最常见的体积收缩是由于混凝土水分的散失或湿度下降引起的干缩和由于水泥水化热的散失或混凝土温度下降引起的冷缩。当混凝土的收缩值大于极限变形值，收缩变形引起的拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时，混凝土将产生裂缝，导致混凝土的整体性、耐久性下降。对于大体积混凝土，干缩与温降收缩同时存在，但由于水泥水化产生的热量的释放过程缓慢，混凝土从最高温度下降至稳定温度的时间往往需要几年至几十年^[1]，因此冷缩比干缩更易引起裂缝，危害性也更大^[2]。二是试验研究证实，相比较混凝土的抗压强度，其抗拉强度较小，混凝土抗拉强度约为抗压强度的10%左右。 由此可见 ，混凝土若在施工建设期或运行期出现较大的收缩变形或者拉应力，且当其超过极限变形量或抗拉强度时，混凝土的完整性遭到破坏，产生裂缝。从混凝土结构发展至今来看，裂缝问题无疑是混凝土结构进一步发展的最大障碍之一，它不仅影响混凝土的外观质量，降低耐久性，严重的甚至会影响结构的抗压能力和正常使用，从而造成结构漏水，环境有害介质（如氯盐等）侵蚀，加速钢筋锈蚀等问题^[3]。因此，为了减小混凝土的收缩或拉应力，目前MgO 膨胀混凝土的应用越来越广泛。

氧化镁（MgO）混凝土，是将MgO膨胀水泥或将粉状的MgO膨胀剂同生产混凝土的其它原材料（如碎石、砂子、粉煤灰等）一起搅拌而成的混合物。对MgO混凝土的研究，源于1982年建成使用的吉林白山混凝土重力拱坝^[4]。该坝在混凝土浇筑期间，虽然有60%以上的混凝土是在夏天浇筑的，当地秋冬季气候又特别寒冷，基础混凝土温差超过40℃，但在蓄水前进行大坝检查时，却未发现基础贯穿性裂缝，表面裂缝也很少，运行多年后也未发生裂缝漏水现象。后来从原型监测中发现，白山拱坝混凝土在降温阶段产生了自生体积膨胀，抵消了大坝在降温过程中产生的体积收缩，抑制了大坝的裂缝。经由后续研究发现其原因是由于该混凝土使用了含MgO较多的抚顺大坝水泥，MgO的自身体积膨胀补偿混凝土的收缩^[5]。随后，MgO混凝土也逐渐被应用，MgO膨胀剂的研究也越来越多。

外掺氧化镁微膨胀混凝土筑坝技术是指在生产大坝混凝土时,掺入适量的轻烧氧化镁,利用其特有的延迟膨胀补偿混凝土坝的温度应力,以防止混凝土坝产生裂缝,这不仅有利于简化温控措施,有效地解决混凝土坝的开裂问题，而且简化了施工工艺,降低了工程造价,大大了加快施工进展^[6]。利用膨胀组分（硫铝酸盐、游离氧化钙、游离氧化镁等）在水化过程中产生体积膨胀补偿水泥基材料的收缩是防止其收缩开裂的有效措施。与以钙矾石、氢氧化钙作为膨胀源的传统膨胀剂相比，氧化镁膨胀剂具有水化需水量少、水化产物物理化学性质稳定、膨胀过程可调控设计等优点，能够满足不同类型结构中混凝土收缩补偿的要求^[7]。

2.氧化镁的膨胀机理

水泥中MgO产生膨胀的根本原因是MgO的水化。MgO水化时水化产物固相体积增大了118%，但水化产物Mg(OH)₂的体积增大不完全等于其在水泥浆体中所产生的体积膨胀，。关于水泥中各种膨胀组分的水化引起水泥浆体膨胀的机理存在各种解释，如固相反应理论、吸水肿胀理论、结晶生长压理论等。 对MgO膨胀剂的研究主要还是集中于研究影响MgO膨胀剂膨胀性能的因素，对膨胀机理的研究相对较少，主要有吸水肿胀理论和结晶生长压理论。 而金属氧化物的溶解机理、氢氧化镁阻燃剂、晶体的结晶生长等研究领域则对MgO的水化和MgO的水化产物Mg(OH)₂的结晶及溶解、重结晶过程有较深入的研究^[7]。

南京工业大学邓敏教授、崔雪华教授、唐明述院士等人通过多年研究后认为，经过高温煅烧的方镁石（MgO晶体），水化作用很缓慢，在水化生成 Mg(OH)₂过程中引起的自生体积膨胀出现得较迟；由 MgO 水化而来的Mg(OH)₂晶体的形成和发展，是水泥石产生延迟性膨胀的源泉；MgO水泥结石的膨胀能来自于Mg(OH)₂晶体的吸水肿胀力和结晶生长压力，水化早期的Mg(OH)₂晶体很细小，晶体的吸水肿胀力是水泥结石膨胀的主要动力，随着Mg(OH)₂晶体的长大，晶体的结晶生长压力转变为膨胀的主要动力；MgO水泥结石的膨胀量取决于Mg(OH)₂晶体存在的位置、形状和尺寸。MgO水泥结石和混凝土的膨胀性能主要取决于MgO膨胀剂的质量和掺量，其次与环境温度、混合材的种类和掺量、水泥熟料的矿物组成和游离CaO含量等因素有关^[8-11]。

3.混凝土安定性及其检测

混凝土的安定性到目前为止没有见到一个确切的定义的,一般是指混凝土抵抗馄凝土自生体积不均匀变形的能力,不翘曲、不变形、无裂缝、不开裂。由于外掺MgO混凝土具有延迟膨胀的特性。可有效地应用这种性能给温度应力以补偿，但是这种延迟膨胀性能应该使用得当,如果膨胀量过大、过小或局部膨胀不均匀,都将有可能破坏水泥混凝土的结构,影响大坝的耐久性,甚至局部开裂或崩溃而造成质量事故,因此安定性是外掺MgO微膨胀混凝土的一项重要的质量指标,受到大坝建设的工程人员高度重视,成为区别其他混凝土的一项需要特别谨慎对待的问题^[12-13]。

对于混凝土安定性的检测方法有很多，诸如：试饼法，雷氏夹法，压蒸法和浸水法。其中试饼和雷氏两种方法主要是测定熟料中的游离氧化钙对安定性的影响,压蒸法主要是通过高温高压下,测定水泥熟料中的游离氧化镁对安定性的影响;而浸水法一般用于测定水泥中的SO₃对安定性影响等,目前国家标准已经对SO₃有极严格的控制,因此,常温浸水法一般很少采用。目前大多采用《水泥压蒸安定性试验方法》检测水泥及混凝土安定性^[14-15]。