論我國(guó)混凝土膨脹劑生產(chǎn)的發(fā)展方向

    摘要： 本文分析了我國(guó)目前膨脹劑的生產(chǎn)狀況，指出了我國(guó)膨脹劑產(chǎn)品質(zhì)量與日本產(chǎn)品的差距，提出了膨脹劑質(zhì)量的改善途徑和發(fā)展方向。

    關(guān)鍵詞：膨脹劑； 補(bǔ)償收縮混凝土； 膨脹劑質(zhì)量控制； 膨脹劑生產(chǎn)

    混凝土膨脹劑是從膨脹水泥發(fā)展而來(lái)的，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院從60 年代起研制成功了硅酸鹽膨脹水泥、鋁酸鹽膨脹水泥和明礬石膨脹水泥等，并在此基礎(chǔ)上于80年代中期研制成功了UEA 等多種膨脹劑。通過(guò)科研、設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)部門(mén)的大力推動(dòng)，我國(guó)補(bǔ)償收縮混凝土的應(yīng)用得到蓬勃發(fā)展，膨脹劑的年銷(xiāo)量已經(jīng)達(dá)到35~40萬(wàn)噸，居世界之首。

    來(lái)自各方面的反映，膨脹劑在各種抗裂防滲工程和特種工程的應(yīng)用總體效果是良好的，但也必須看到，有些工程使用膨脹劑后并未取得明顯效果，甚至出現(xiàn)負(fù)面作用。雖然造成混凝土結(jié)構(gòu)裂滲的原因很復(fù)雜，但膨脹劑質(zhì)量水平不高、質(zhì)量波動(dòng)大是其中主要原因之一。因此，要保證補(bǔ)償收縮混凝土的應(yīng)用效果，首先要選擇合理的生產(chǎn)技術(shù)工藝和原材料，確保膨脹劑質(zhì)量穩(wěn)定可靠；其次，要加大補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)力度，制訂完善的膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范；第三，必須整頓膨脹劑市場(chǎng)，清除假冒偽劣產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品。只有這樣才能保證膨脹劑行業(yè)獲得持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

    2、膨脹劑生產(chǎn)狀況

    從80 年代初起，我國(guó)膨脹劑生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)歷了從高堿到低堿、高摻到低摻的發(fā)展過(guò)程。明礬石膨脹劑的堿（R₂O）含量為1.5%~2.5%，摻量為15%~20%，屬于高堿高摻的第一代膨脹劑產(chǎn)品。中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院在80 年代中期先后研制成功UEA 等多種膨脹劑，堿含量降至1.0%以下，摻量降至10%~12%。1998 年《混凝土膨脹劑》JC476-1998 建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定膨脹劑的堿含量≤0.75%，膨脹劑摻量≤12%，生產(chǎn)企業(yè)按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)工藝配方改進(jìn)后生產(chǎn)的低堿膨脹劑屬第二代混凝土膨脹劑。

    由于我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)改為ISO 標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)方法作了較大的修改，為了與ISO 標(biāo)準(zhǔn)接軌，《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)也作了相應(yīng)修改；由于ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配不同于老標(biāo)準(zhǔn)砂，而且膠砂比從1：2.5 改為1：3，水灰比從0.44 改為0.50， 所以新的膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001中的強(qiáng)度指標(biāo)下調(diào)是合理的。新標(biāo)準(zhǔn)中的限制膨脹率仍維持水中7d≥0.025%空氣中21d≤-0.02%。我們對(duì)新、老標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：同一膨脹劑且摻量相同時(shí)，新標(biāo)準(zhǔn)的限制膨脹率比老標(biāo)準(zhǔn)大約低0.01%，這意味著實(shí)施JC476-2001 新標(biāo)準(zhǔn)后，膨脹劑的質(zhì)量要進(jìn)一步提高才能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

按照《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119規(guī)定，補(bǔ)償收縮混凝土水中14d 的限制膨脹率≥0.015%,28d 干空收縮率≤0.03%。大量試驗(yàn)表明，膨脹混凝土的膨脹率只有膨脹砂漿的50%左右。當(dāng)混凝土膨脹率要求大于0.015%時(shí)，砂漿的膨脹率應(yīng)大于0.03%。實(shí)際工程使用補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，由于養(yǎng)護(hù)和限制條件與實(shí)驗(yàn)室相差很大，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的限制膨脹率會(huì)有所降低。目前，我國(guó)膨脹劑的限制膨脹率普遍偏低，大多在0.025%~0.035%水平。而日本CSA膨脹劑摻量為7%~8%(標(biāo)準(zhǔn)摻量30kg/m³),其砂漿膨脹率達(dá)到0.08%~0.12%。因此，我國(guó)膨脹劑的質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。國(guó)內(nèi)外膨脹劑質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表1。

    日本膨脹劑熟料的主要礦物組成為無(wú)水硫鋁酸鈣、游離氧化鈣等，粉磨至比表面積為250~280m²/kg.由于該產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜，煅燒難度較大，加之由膨脹熟料直接粉磨制成，因此生產(chǎn)成本偏高，價(jià)格高國(guó)內(nèi)用戶(hù)難于接受。

    我國(guó)膨脹劑普遍存在質(zhì)量水平較低、質(zhì)量穩(wěn)定性較差的缺陷，主要原因是采用含鋁膨脹熟料的活性不高和礦物組成不穩(wěn)定。為降低生產(chǎn)成本，不少企業(yè)采用煅燒高嶺土、工業(yè)鋁渣、煤矸石和粉煤灰等生產(chǎn)膨脹劑，由于這些天然原料和工業(yè)廢渣的活性較低， 生產(chǎn)出來(lái)的膨脹劑的膨脹率大多處于0.025%的邊緣，甚至出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。由于原材料化學(xué)成分不穩(wěn)定性，膨脹劑的質(zhì)量就必然波動(dòng)較大。

    當(dāng)膨脹劑中雜質(zhì)較多且摻量較大時(shí)，必然會(huì)使混凝土的早期強(qiáng)度降低，坍落度損失加快。另外，由于膨脹劑市場(chǎng)較混亂，部分無(wú)任何檢測(cè)設(shè)備和質(zhì)量控制手段的小廠也生產(chǎn)膨脹劑，假冒偽劣產(chǎn)品仍然充斥市場(chǎng)，在一定程度上影響了膨脹劑的聲譽(yù)。

    在膨脹劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用早期，考慮生產(chǎn)成本等問(wèn)題，采用工業(yè)廢渣生產(chǎn)膨脹劑具有一定的合理性，但不應(yīng)提倡。隨著混凝土膨脹劑銷(xiāo)量的急劇增多，出現(xiàn)裂滲的工程事故也增多，雖然有材料、施工、環(huán)境等多方面的原因，但是作為混凝土膨脹劑生產(chǎn)企業(yè)，首先必須保證產(chǎn)品質(zhì)量，不斷提高膨脹劑的科技含量和質(zhì)量管理水平。

    根據(jù)中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研究的成果，欲提高膨脹劑的質(zhì)量，必須采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的含鋁膨脹熟料。早在70 年中期中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院就研制出來(lái)類(lèi)似日本的硫鋁酸鈣膨脹劑（CSA），1986年， 研制成功以CSA熟料為主的第一代UEA-I，與此同時(shí)，研制成功以高鋁水泥熟料為主的鋁酸鈣膨脹劑（AEA），以石灰系熟料為主的復(fù)合膨脹劑（CEA）。近年來(lái)，有的廠生產(chǎn)CSA 膨脹劑，有的廠生產(chǎn)以硫鋁酸鹽熟料和高鋁水泥熟料雙摻的膨脹劑（FEA），有的廠生產(chǎn)硫硫酸鹽熟料和石灰雙摻的膨脹劑。中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院北京中巖特種工程材料公司于2000 年生產(chǎn)以改性鋁酸鈣膨脹熟料與石膏磨制的第四代UEA-ZY膨脹劑，摻量為6%~8%，堿含量小于0.3%，適應(yīng)了北京建筑市場(chǎng)之需要。我們正在研制前所未有的“鋁酸鈣—硫鋁酸鈣水泥熟料（ASC）”（ 專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2103898.6）， 專(zhuān)用于制造高性能膨脹劑。日本CSA 膨脹劑和石灰系膨脹劑是用100%膨脹熟料磨制而成，故其膨脹率高，膨脹速度快，但對(duì)混凝土強(qiáng)度影響大。我國(guó)膨脹劑則以膨脹熟料與硬石膏磨制而成，膨脹速率適中，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大。各有優(yōu)缺點(diǎn)。日本膨脹劑約500美元/ 噸，比我國(guó)膨脹劑貴4~6倍。

    研究表明，采用適當(dāng)化學(xué)成分的生料，在回轉(zhuǎn)窯煅燒而成的含鋁膨脹熟料與硬石膏磨制而成的膨脹劑，其礦物組成可控制，化學(xué)成分穩(wěn)定，其限制膨脹率和強(qiáng)度可調(diào)整。我們認(rèn)為，這應(yīng)是我國(guó)混凝土膨脹劑生產(chǎn)的發(fā)展方向。這樣，我們才能生產(chǎn)出真正的低摻量的高性能的膨脹劑，才能保證補(bǔ)償收縮混凝土的應(yīng)用效果更好、更廣泛。隨著市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，采用天然原料和工業(yè)廢渣生產(chǎn)的膨脹劑將會(huì)逐漸被淘汰。