论我国混凝土膨胀剂生产的发展方向
2005-04-21 00:00
摘要： 本文分析了我国目前膨胀剂的生产状况，指出了我国膨胀剂产品质量与日本产品的差距，提出了膨胀剂质量的改善途径和发展方向。
关键词：膨胀剂； 补偿收缩混凝土； 膨胀剂质量控制； 膨胀剂生产
1、前言
混凝土膨胀剂是从膨胀水泥发展而来的，中国建筑材料科学研究院从60 年代起研制成功了硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥和明矾石膨胀水泥等，并在此基础上于80年代中期研制成功了UEA 等多种膨胀剂。通过科研、设计、施工等相关部门的大力推动，我国补偿收缩混凝土的应用得到蓬勃发展，膨胀剂的年销量已经达到35~40万吨，居世界之首。
来自各方面的反映，膨胀剂在各种抗裂防渗工程和特种工程的应用总体效果是良好的，但也必须看到，有些工程使用膨胀剂后并未取得明显效果，甚至出现负面作用。虽然造成混凝土结构裂渗的原因很复杂，但膨胀剂质量水平不高、质量波动大是其中主要原因之一。因此，要保证补偿收缩混凝土的应用效果，首先要选择合理的生产技术工艺和原材料，确保膨胀剂质量稳定可靠；其次，要加大补偿收缩混凝土应用技术的研究和开发力度，制订完善的膨胀剂应用技术规范；第三，必须整顿膨胀剂市场，清除假冒伪劣产品和不合格产品。只有这样才能保证膨胀剂行业获得持续稳定的发展。
2、膨胀剂生产状况
从80 年代初起，我国膨胀剂生产技术经历了从高碱到低碱、高掺到低掺的发展过程。明矾石膨胀剂的碱（R2O）含量为1.5%~2.5%，掺量为15%~20%，属于高碱高掺的第一代膨胀剂产品。中国建筑材料科学研究院在80 年代中期先后研制成功UEA 等多种膨胀剂，碱含量降至1.0%以下，掺量降至10%~12%。1998 年《混凝土膨胀剂》JC476-1998 建材行业标准颁布实施，标准规定膨胀剂的碱含量≤0.75%，膨胀剂掺量≤12%，生产企业按标准要求对工艺配方改进后生产的低碱膨胀剂属第二代混凝土膨胀剂。
由于我国水泥标准改为ISO 标准，试验方法作了较大的修改，为了与ISO 标准接轨，《混凝土膨胀剂》标准也作了相应修改；由于ISO 标准砂级配不同于老标准砂，而且胶砂比从1：2.5 改为1：3，水灰比从0.44 改为0.50， 所以新的膨胀剂标准JC476-2001中的强度指标下调是合理的。新标准中的限制膨胀率仍维持水中7d≥0.025%空气中21d≤-0.02%。我们对新、老标准进行了大量的对比试验，结果表明：同一膨胀剂且掺量相同时，新标准的限制膨胀率比老标准大约低0.01%，这意味着实施JC476-2001 新标准后，膨胀剂的质量要进一步提高才能符合标准要求。
按照《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119规定，补偿收缩混凝土水中14d 的限制膨胀率≥0.015%,28d 干空收缩率≤0.03%。大量试验表明，膨胀混凝土的膨胀率只有膨胀砂浆的50%左右。当混凝土膨胀率要求大于0.015%时，砂浆的膨胀率应大于0.03%。实际工程使用补偿收缩混凝土时，由于养护和限制条件与实验室相差很大，在钢筋混凝土结构中所产生的限制膨胀率会有所降低。目前，我国膨胀剂的限制膨胀率普遍偏低，大多在0.025%~0.035%水平。而日本CSA膨胀剂掺量为7%~8%(标准掺量30kg/m3),其砂浆膨胀率达到0.08%~0.12%。因此，我国膨胀剂的质量有待进一步提高。国内外膨胀剂质量对比见表1。
日本膨胀剂熟料的主要矿物组成为无水硫铝酸钙、游离氧化钙等，粉磨至比表面积为250~280m2/kg.由于该产品生产工艺技术复杂，煅烧难度较大，加之由膨胀熟料直接粉磨制成，因此生产成本偏高，价格高国内用户难于接受。
表 1 国内外膨胀剂质量对比
3. 膨胀剂生产的发展方向
我国膨胀剂普遍存在质量水平较低、质量稳定性较差的缺陷，主要原因是采用含铝膨胀熟料的活性不高和矿物组成不稳定。为降低生产成本，不少企业采用煅烧高岭土、工业铝渣、煤矸石和粉煤灰等生产膨胀剂，由于这些天然原料和工业废渣的活性较低， 生产出来的膨胀剂的膨胀率大多处于0.025%的边缘，甚至出现不合格产品。由于原材料化学成分不稳定性，膨胀剂的质量就必然波动较大。
当膨胀剂中杂质较多且掺量较大时，必然会使混凝土的早期强度降低，坍落度损失加快。另外，由于膨胀剂市场较混乱，部分无任何检测设备和质量控制手段的小厂也生产膨胀剂，假冒伪劣产品仍然充斥市场，在一定程度上影响了膨胀剂的声誉。
在膨胀剂的开发应用早期，考虑生产成本等问题，采用工业废渣生产膨胀剂具有一定的合理性，但不应提倡。随着混凝土膨胀剂销量的急剧增多，出现裂渗的工程事故也增多，虽然有材料、施工、环境等多方面的原因，但是作为混凝土膨胀剂生产企业，首先必须保证产品质量，不断提高膨胀剂的科技含量和质量管理水平。
根据中国建筑材料科学研究院研究的成果，欲提高膨胀剂的质量，必须采用回转窑生产的含铝膨胀熟料。早在70 年中期中国建筑材料科学研究院就研制出来类似日本的硫铝酸钙膨胀剂（CSA），1986年， 研制成功以CSA熟料为主的第一代UEA-I，与此同时，研制成功以高铝水泥熟料为主的铝酸钙膨胀剂（AEA），以石灰系熟料为主的复合膨胀剂（CEA）。近年来，有的厂生产CSA 膨胀剂，有的厂生产以硫铝酸盐熟料和高铝水泥熟料双掺的膨胀剂（FEA），有的厂生产硫硫酸盐熟料和石灰双掺的膨胀剂。中国建筑材料科学研究院北京中岩特种工程材料公司于2000 年生产以改性铝酸钙膨胀熟料与石膏磨制的第四代UEA-ZY膨胀剂，掺量为6%~8%，碱含量小于0.3%，适应了北京建筑市场之需要。我们正在研制前所未有的“铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料（ASC）”（ 专利申请号02103898.6）， 专用于制造高性能膨胀剂。日本CSA 膨胀剂和石灰系膨胀剂是用100%膨胀熟料磨制而成，故其膨胀率高，膨胀速度快，但对混凝土强度影响大。我国膨胀剂则以膨胀熟料与硬石膏磨制而成，膨胀速率适中，对混凝土强度影响不大。各有优缺点。日本膨胀剂约500美元/ 吨，比我国膨胀剂贵4~6倍。
研究表明，采用适当化学成分的生料，在回转窑煅烧而成的含铝膨胀熟料与硬石膏磨制而成的膨胀剂，其矿物组成可控制，化学成分稳定，其限制膨胀率和强度可调整。我们认为，这应是我国混凝土膨胀剂生产的发展方向。这样，我们才能生产出真正的低掺量的高性能的膨胀剂，才能保证补偿收缩混凝土的应用效果更好、更广泛。随着市场的竞争，采用天然原料和工业废渣生产的膨胀剂将会逐渐被淘汰。
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