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摘 要

能源及交通工程中的水泥基材料抗裂性能一直是研究的焦点，目前为了应对水泥基材料硬化收缩而导致的开裂主要采用补偿法即向水泥粉料中加入膨胀剂，用膨胀剂的膨胀来抵消水泥浆体收缩。在众多膨胀剂中MgO膨胀剂水化过程中水反应量低，膨胀量可控制而且反应产物稳定，有非常广的应用前景。

本实验主要通过煅烧菱镁矿制备MgO膨胀剂，再将所制得氧化镁按3%、5%和8%加入量掺入低热硅酸盐水泥中进行成型和养护特定天数后的膨胀率测定。为了对照氧化镁膨胀剂的水化情况还要同步进行MgO膨胀剂的纯水水化实验，以方便对比MgO在水泥和水中的水化差异。借助DSC测试详细的研究煅烧温度对氧化镁膨胀剂在水泥浆体中水化活性的影响，并对实验现象做出合理解释并推测其产生的原因。

关键词：氧化镁膨胀剂；水化性能；膨胀性能；抗裂性能

ABSTRACT

The cracking resistance of cement-based materials in energy and transportation engineering has been the focus of research. At present, in order to deal with the cracking caused by hardening and shrinkage of cement-based materials, the compensation method is mainly adopted, that is, adding expansion agent to cement powder, and using expansion agent to offset cement paste shrinkage. Among many expansion agents, MgO-type expansion agent has the characteristics of low hydration demand, controllable expansion process and stable hydration products, and has a very wide application prospect.

In this experiment, The preparation of MgO-type expander agent is by calcining giobertite, and then the expansion rate of the prepared MgO was measured after the addition of 3%, 5% and 8% to low-heat Portland cement for specific days of molding and curing. In order to compare the hydration of MgO-type expansive agent, the pure water hydration experiment of MgO-type expansive agent should be conducted simultaneously, so as to compare the hydration difference of MgO in cement and water. In virtue of DSC test, the calcination temperature impact on hydration activity of MgO-type expansive agent in cement paste is studied in detail, and the reasonable explanation of the experimental phenomenon and the reason of its occurrence is given.

KEYWORDS: MgO-type expansion agent; Hydration performance; Expansion character; Anti-cracking ability;

目录

煅烧菱镁矿制备氧化镁膨胀剂水化性能研究 I

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1文献综述 1

1.1.1水泥基材料的抗裂性能需求 1

1.1.2氧化镁膨胀剂的应用 1

1.2氧化镁制备 2

1.3氧化镁水化反应活性测定 3

1.3.1柠檬酸中和法 3

1.3.2水化反应法 4

1.3.3Cl^-测定法 5

1.3.4碘吸附法 5

1.4影响氧化镁水化活性主要因素 6

1.4.1菱镁矿煅烧温度对氧化镁水化活性影响 6

1.4.2保温时间对氧化镁水化活性影响 7

1.4.3储存环境对氧化镁活性的影响 9

1.5氧化镁膨胀剂的水化及膨胀性能 9

1.5.1氧化镁水化机理 9

1.5.2氧化镁膨胀剂膨胀性能 10

1.6研究内容与目的 10

1.6.1研究目的及意义 10

1.6.2研究内容 11

第二章 原材料和实验方法 12

2.1原材料 12

2.1.1菱镁矿 12

2.1.2水泥 13

2.2主要仪器和设备 13

2.3所用试剂 14

2.4实验方法 14

2.4.1煅烧菱镁矿 14

2.4.2物料的粉磨 15

2.4.3水泥配料 15

2.4.4水泥试条成型与养护 15

2.4.5氧化镁膨胀剂的纯水水化和养护 16

第三章 结果分析与讨论 17

3.1氧化镁颗粒大小 17

3.2含氧化镁膨胀剂水泥浆体膨胀率测定 19

3.3氧化镁膨胀剂活性氧化镁含量测定 24

3.4 TG/DSC分析 28

第四章 结论与展望 31

4.1结论 31

4.2展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1文献综述

1.1.1水泥基材料的抗裂性能需求

水泥基材料是国家生产建设和人民日常生活中不可缺少的重要建筑和结构材料。近年来我国发展和建设速度日益加快，各类工程建设也不断深入和扩大，工程建设条件、产品使用要求和产品服役环境也变得越来越严苛和复杂，因而对水泥和混凝土材料的性能提出了更高的要求。然而，较低拉伸强度和延展性使得水泥基材料成为脆性材料并且限制了它在某些环境下的应用。水泥基材料的开裂是其脆性的后果之一，并且会显著影响水泥基材料结构元件的使用寿命，并进一步导致水泥基材料结构的损坏增加和维护成本增加^[1]。

由此可见，水泥和混凝土材料的抗裂性能是一项非常重要的性能指标，尤其是在能源工程的建设中更加要求使用抗裂性能好的水泥基结构材料。在通常情况下水泥基材料加水开始硬化后，会产生一定程度的收缩，通常包括由于水泥浆体水分的散失或湿度下降引起的干缩和由于水泥浆体硬化时水化热的散失或混凝土温度下降引起的冷缩。对于水泥基材料来说，同时存在干缩与冷缩，由于水泥水化放热，会导致水泥浆体温度增加并产生一定程度的膨胀。当达到最高温度后，温度会开始下降并最后趋于稳定，同时向外放热，因而会有温降应力产生。该过程进行的十分缓慢，通常需要几年甚至几十年才能完成，可见混凝土材料的冷缩“潜伏期”更长，危害性也更大^[2]。当收缩应力超过水泥基材料的极限抗拉强度，将导致混凝土硬化浆体开裂，使水泥的整体性和耐久性严重下降。

因此，为了针对复杂环境下水工水泥的温降收缩开裂，需要通过技术手段补偿大体积混凝土温降收缩，以此有效的控制水泥基材料的温降应变，防止大体积水泥基材料的温降开裂^[3]。

1.1.2氧化镁膨胀剂的应用

现阶段有效的控制水泥基材料的体积变化的方法是在水泥基材料配料中添加化学试剂在水泥基材料内部产生膨胀，即通过膨胀剂使水泥基材料产生一定量的膨胀，用水泥基材料的膨胀补偿其体积收缩。水泥基材料膨胀剂的类型有很多种，在众多种类的膨胀剂中，MgO膨胀剂水化过程中水反应量低，膨胀量可控制而且反应产物稳定，是近年来研究的热点。

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