論我國混凝土膨脹劑生產的發(fā)展方向
2005-04-21 00:00
摘要： 本文分析了我國目前膨脹劑的生產狀況，指出了我國膨脹劑產品質量與日本產品的差距，提出了膨脹劑質量的改善途徑和發(fā)展方向。
關鍵詞：膨脹劑； 補償收縮混凝土； 膨脹劑質量控制； 膨脹劑生產
1、前言
混凝土膨脹劑是從膨脹水泥發(fā)展而來的，中國建筑材料科學研究院從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，并在此基礎上于80年代中期研制成功了UEA 等多種膨脹劑。通過科研、設計、施工等相關部門的大力推動，我國補償收縮混凝土的應用得到蓬勃發(fā)展，膨脹劑的年銷量已經達到35~40萬噸，居世界之首。
來自各方面的反映，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，甚至出現負面作用。雖然造成混凝土結構裂滲的原因很復雜，但膨脹劑質量水平不高、質量波動大是其中主要原因之一。因此，要保證補償收縮混凝土的應用效果，首先要選擇合理的生產技術工藝和原材料，確保膨脹劑質量穩(wěn)定可靠；其次，要加大補償收縮混凝土應用技術的研究和開發(fā)力度，制訂完善的膨脹劑應用技術規(guī)范；第三，必須整頓膨脹劑市場，清除假冒偽劣產品和不合格產品。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、膨脹劑生產狀況
從80 年代初起，我國膨脹劑生產技術經歷了從高堿到低堿、高摻到低摻的發(fā)展過程。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品。中國建筑材料科學研究院在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)標準頒布實施，標準規(guī)定膨脹劑的堿含量≤0.75%，膨脹劑摻量≤12%，生產企業(yè)按標準要求對工藝配方改進后生產的低堿膨脹劑屬第二代混凝土膨脹劑。
由于我國水泥標準改為ISO 標準，試驗方法作了較大的修改，為了與ISO 標準接軌，《混凝土膨脹劑》標準也作了相應修改；由于ISO 標準砂級配不同于老標準砂，而且膠砂比從1：2.5 改為1：3，水灰比從0.44 改為0.50， 所以新的膨脹劑標準JC476-2001中的強度指標下調是合理的。新標準中的限制膨脹率仍維持水中7d≥0.025%空氣中21d≤-0.02%。我們對新、老標準進行了大量的對比試驗，結果表明：同一膨脹劑且摻量相同時，新標準的限制膨脹率比老標準大約低0.01%，這意味著實施JC476-2001 新標準后，膨脹劑的質量要進一步提高才能符合標準要求。
按照《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》GB50119規(guī)定，補償收縮混凝土水中14d 的限制膨脹率≥0.015%,28d 干空收縮率≤0.03%。大量試驗表明，膨脹混凝土的膨脹率只有膨脹砂漿的50%左右。當混凝土膨脹率要求大于0.015%時，砂漿的膨脹率應大于0.03%。實際工程使用補償收縮混凝土時，由于養(yǎng)護和限制條件與實驗室相差很大，在鋼筋混凝土結構中所產生的限制膨脹率會有所降低。目前，我國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%(標準摻量30kg/m3),其砂漿膨脹率達到0.08%~0.12%。因此，我國膨脹劑的質量有待進一步提高。國內外膨脹劑質量對比見表1。
日本膨脹劑熟料的主要礦物組成為無水硫鋁酸鈣、游離氧化鈣等，粉磨至比表面積為250~280m2/kg.由于該產品生產工藝技術復雜，煅燒難度較大，加之由膨脹熟料直接粉磨制成，因此生產成本偏高，價格高國內用戶難于接受。
表 1 國內外膨脹劑質量對比
3. 膨脹劑生產的發(fā)展方向
我國膨脹劑普遍存在質量水平較低、質量穩(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膨脹劑，由于這些天然原料和工業(yè)廢渣的活性較低， 生產出來的膨脹劑的膨脹率大多處于0.025%的邊緣，甚至出現不合格產品。由于原材料化學成分不穩(wěn)定性，膨脹劑的質量就必然波動較大。
當膨脹劑中雜質較多且摻量較大時，必然會使混凝土的早期強度降低，坍落度損失加快。另外，由于膨脹劑市場較混亂，部分無任何檢測設備和質量控制手段的小廠也生產膨脹劑，假冒偽劣產品仍然充斥市場，在一定程度上影響了膨脹劑的聲譽。
在膨脹劑的開發(fā)應用早期，考慮生產成本等問題，采用工業(yè)廢渣生產膨脹劑具有一定的合理性，但不應提倡。隨著混凝土膨脹劑銷量的急劇增多，出現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企業(yè)，首先必須保證產品質量，不斷提高膨脹劑的科技含量和質量管理水平。
根據中國建筑材料科學研究院研究的成果，欲提高膨脹劑的質量，必須采用回轉窯生產的含鋁膨脹熟料。早在70 年中期中國建筑材料科學研究院就研制出來類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，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合膨脹劑（CEA）。近年來，有的廠生產CSA 膨脹劑，有的廠生產以硫鋁酸鹽熟料和高鋁水泥熟料雙摻的膨脹劑（FEA），有的廠生產硫硫酸鹽熟料和石灰雙摻的膨脹劑。中國建筑材料科學研究院北京中巖特種工程材料公司于2000 年生產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%，適應了北京建筑市場之需要。我們正在研制前所未有的“鋁酸鈣—硫鋁酸鈣水泥熟料（ASC）”（ 專利申請?zhí)?2103898.6）， 專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，但對混凝土強度影響大。我國膨脹劑則以膨脹熟料與硬石膏磨制而成，膨脹速率適中，對混凝土強度影響不大。各有優(yōu)缺點。日本膨脹劑約500美元/ 噸，比我國膨脹劑貴4~6倍。
研究表明，采用適當化學成分的生料，在回轉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，化學成分穩(wěn)定，其限制膨脹率和強度可調整。我們認為，這應是我國混凝土膨脹劑生產的發(fā)展方向。這樣，我們才能生產出真正的低摻量的高性能的膨脹劑，才能保證補償收縮混凝土的應用效果更好、更廣泛。隨著市場的競爭，采用天然原料和工業(yè)廢渣生產的膨脹劑將會逐漸被淘汰。
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