FQY 高性能膨胀剂（温控型）的性能研究

杨泽波，辜振睿，王海龙，纪宪坤

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

0 前言

近年来，随着混凝土工程结构物尺寸增大、强度等级提高，地下混凝土工程占比日益增加，对于如何实现混凝土结构刚性自防水，防控混凝土工程裂缝，对提高工程质量有着十分重要的意义。混凝土中胶凝材料用量的增多，容易引起混凝土温升值偏高，混凝土结构物外部存在有各种不同的约束条件，混凝土内外温差过大加上混凝土干燥、自身体积收缩，容易引起混凝土结构物产生裂缝[1-3]，影响混凝土结构物的防水性和耐久性。

使用膨胀剂配制补偿收缩混凝土，在当前混凝土结构刚性自防水已有较多的成功案例，但是常规的膨胀剂，特别是氧化钙型膨胀剂，其膨胀反应速率较快且自身水化放热也较多，在高温季节时施工、大体积混凝土或高强度等级混凝土结构物中，很容易产生内外温差过大、降温速率过快的问题。基于此，通过膨胀剂与水化热抑制组分复合的技术，可以降低水泥水化热、从而调控混凝土温升历程，同时降低膨胀剂反应速率，调控膨胀剂的补偿收缩历程。为降低混凝土结构物产生裂缝的风险，提高混凝土工程结构物抗裂性能提供了一个新的途径[4-5]。

1 FQY 高性能膨胀剂（温控型）化学成分

FQY 高性能膨胀剂（温控型）是由氧化钙类膨胀熟料和水化热抑制组分按一定比例复合而成，其中氧化钙类膨胀熟料为自制，HHC-S 水化热抑制剂主要成分为羟基羧酸类化合物。膨胀熟料化学成分见表 1。

表 1 膨胀熟料的化学分析 %

2 掺 FQY 高性能膨胀剂（温控型）的胶砂性能

采用符合 GB 8076—2008《混凝土外加剂》要求的基准水泥、符合 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》要求的标准砂进行限制膨胀率以及强度胶砂成型试验，试验按照 GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》的规定进行。试验所用基准水泥化学分析见表 2，掺 FQY（温控型）的胶砂性能见表 3，掺 FQY（温控型）的胶砂限制膨胀率在 20℃ 水中的发展曲线见图 1。

表 2 试验用基准水泥的化学分析 %

表 3 掺 FQY（温控型）的胶砂性能

图 1 胶砂试块在 20℃ 水中限制膨胀率发展曲线

FQY（温控型）以掺量 8%、10% 内掺取代基准水泥制成胶砂试块，在 20℃ 水中养护 0～7d 时，限制膨胀率发展趋势基本相同，10% 掺量相比 8% 掺量的限制膨胀率大约有 0.03% 的提高。且通过曲线发现，从 0d开始，8%、10% 掺量下的胶砂限制膨胀率差值逐渐增大。

为了探究其后期限制膨胀率的发展，7d 后继续在20℃ 水中养护到 14d，测试限制膨胀率。由表 3、图 2数据可知，掺 FQY（温控型）胶砂在 7～14d 内仍有部分膨胀，且 7～14d 内的限制膨胀率仍较大，说明膨胀剂 0～7d 水化反应、膨胀受到抑制，而后期继续水中养护，其膨胀能可以反应更完全。

3 掺 FQY（温控型）的混凝土性能

混凝土成型采用 P·O42.5 水泥、中砂、5～25mm 碎石、F 类 Ⅱ 级粉煤灰和 PCA 聚羧酸减水剂。混凝土试验用胶凝材料化学分析见表 4，掺 FQY（温控型）混凝土配合比设计见表 5，掺 FQY（温控型）混凝土的性能见表 6。

表 4 试验用胶凝材料的化学分析 %

表 5 掺 FQY（温控型）的混凝土配合比 kg/m3

表 6 掺 FQY（温控型）的混凝土性能

在实际试验过程中，掺 FQY（温控型）后，随着掺量增加，减水剂用量比显著降低，约 10%～50%，说明 FQY（温控型）中的抑制剂成分也能在一定程度上改善混凝土拌合物的流动性。通过以上试验数据可以看出，空白配比与掺温控型膨胀剂的抗渗试件，在0.8MPa 水压力条件下均无透水现象，满足抗渗设计 P8要求；掺 FQY（温控型）6%～8%，混凝土限制膨胀率净值 0.02%～0.03%，掺量加大，膨胀率提升。在实际应用时，可根据补偿收缩设计值，合理控制掺量。

4 掺 FQY（温控型）的水泥水化热

水化热测试采用了法国 SETARAM 公司的 C80 微量热仪；根据各自仪器的特点，进行了水灰比 1.0 下的水化热测试。此外，为了更好地计算、评价早期水化放热特性。1 天的水化热值可以以初凝为起点计算。FQY（温控型）按掺量 8% 内掺取代基准水泥，基准水泥空白作参比，进行水化热测试，时间—热流曲线及时间—放热量曲线分别如图 2、3 所示。

图 2 时间—热流曲线

图 3 时间—放热曲线

由图 2 时间—热流曲线可以看出，掺入 FQY（温控型）后，明显降低了水泥第二放热峰时的水化速度，最大升温速率由 2.4MW 降低至 0.7MW，降低了70.8%；同时发现，FQY（温控型）提高了水泥第一个水化速率峰值，这是由于其加速了水泥的分散溶解，导致初期 C3A 水化反应加快，促进了 AFt 的形成。

由图 3 可以发现，由于初期 FQY（温控型）对水泥水化的加速效应，使得从加水后几个小时内，掺 8%FQY（温控型）的放热比基准水泥空白的放热量大，之后 FQY（温控型）对水泥的水化热抑制效果逐渐增大，使水化热比基准水泥明显降低。

表 7 结果显示，水泥 7d 水化放热总量由 388.43J/g降低至 216.01J/g，降低了 44.4%。这说明 FQY（温控型）能较好地调控水泥水化加速期的放热速率，延长放热过程，降低早期总热量，有利于降低混凝土水化最高温度，有效控制内部因温度梯度产生的裂缝。

5 FQY（温控型）的其他性能指标

按照 GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》，对FQY 高性能膨胀剂（温控型）的氧化镁含量、碱含量、比表面积、1.18mm 筛余、抗压强度进行了试验，试验结果见表 8 所示。从表 8 的结果可以看出，FQY（温控型）的其他性能指标均达到国家现行标准 GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》中Ⅱ型产品的性能指标要求。

表 7 不同龄期的水化热值及降低率

表 8 膨胀剂其他性能指标

6 结论

FQY（温控型）性能指标达到国家现行标准 GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》中Ⅱ型产品的性能指标要求。其不仅继承了 FQY 高性能膨胀剂优良的膨胀性能，而且在水化期间还能干预水泥水化加速期，大幅度降低硅酸盐体系胶凝材料的水化热，较好地调控水泥水化加速期的放热速率，延长放热过程，降低早期总热量，对防控混凝土温度裂缝具有重要意义。