随着混凝土在建筑领域中的广泛应用，其在使用过程中的开裂现象层出不穷，从而引发强度、耐久性能降低等一系列问题。掺入膨胀剂能在一定程度上降低混凝土的开裂，根据主要膨胀组分可以将膨胀剂分为硫铝酸盐膨胀剂、氧化钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂等。氧化镁膨胀剂具有水化反应温和、水化产物稳定、能够延迟膨胀、膨胀过程可调控、后期膨胀不倒缩等优势，还可以在一定程度上提高混凝土的抗碳化能力，从而提高其耐久性能。目前，氧化镁膨胀剂在水利水电、地下、公路等工程中的应用越来越多。

      氧化镁膨胀剂在混凝土中应用时常与其他外加剂复掺使用，故研究其与其他外加剂复掺对混凝土性能的影响十分必要。本文研究氧化镁膨胀剂与各类高效缓凝减水剂复掺对混凝土性能的影响，分析减水剂对氧化镁膨胀剂补偿收缩能力的影响，以期为氧化镁膨胀剂与减水剂在混凝土中的协同应 用提供参考。

1.1   原材料

水泥：山东省联合王晁公司生产的P·O 42.5级水泥，比表面积为360 m2/kg。

矿物掺合料：洋北电厂Ⅰ级粉煤灰；S95级矿粉。

粗骨料：粒径为5.0～31.5 mm连续级配碎石。

细骨料：Ⅱ区中粗砂，细度模数为2.8。

外加剂：氧化镁膨胀剂；聚羧酸减水剂；柠檬酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂高效缓凝减水剂。各减水剂的减水率均为18.9%。

水：自来水。

1.2   配合比

      粉煤灰和矿粉以质量比2∶1的比例双掺，胶凝材料的总质量为429 kg/m3 ；氧化镁膨胀剂的掺量为23.6 kg/m3 ；各减水剂掺量均为胶凝材料质量的1.4%；混凝土的具体基准配合比见表1，其中，不掺高效缓凝减水剂空白组编号为KB，掺柠檬酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂试验组编号分别为LS、XP、LM、LL。

1.3   性能测试

坍落度及强度：参考GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行混凝土初始坍落度、力学性能试验，以抗压、劈裂抗拉强度比（各试件的强度与KB组的比）作为评价指标。

      干燥收缩：参考GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行混凝土干燥收缩试验，计算相应龄期的收缩率。

      抗裂性能：参考GB/T 50082—2009，采用平板法刀口约束法进行混凝土抗裂性能试验，并评价其抗裂性能等级。

2.1   坍落度

      混凝土的初始坍落度试验结果见表2。

      由表2可知：KB组拌合物的坍落度最小；LL组拌合物的坍落度最大；LM组拌合物的坍落度与XP组相同。

      分析原因：柠檬酸、柠檬酸镁、柠檬酸锂都具有缓凝作用，缓凝机理基本一致，即化学组分中的羟基与钙离子和铝离子结合产生络合作用，形成络合物，减小了水泥水化初期钙离子和铝离子的浓度，延缓了水化产物的生成，从而达到缓凝效果。这3种缓凝组分的不同之处在于，柠檬酸属于有机酸，柠檬酸镁属于碱土金属柠檬酸盐，柠檬酸锂为碱金属柠檬酸盐，阳离子不同，所以掺这3种高效缓凝减水剂的拌合物坍落度略有差异。导致LL组混凝土拌合物坍落度增大的原因较多，如：有关柠檬酸锂应用于混凝土中的研究较少，其掺量可能并不适宜；柠檬酸锂与本试验中的聚羧酸减水剂不适配，故对坍落度有消极影响。葡萄糖酸钠是一种有机酸盐，和柠檬酸及其盐类同属羟基羟酸类，作用机理类似。

      此外，依据试验现象，与KB组相比，LL组拌合物的保水性和黏聚性较差，离析现象严重，工作性差；其余3组保水性和黏聚性均良好，其中，XP组的工作性最好。

2.2   力学性能

      试件的力学性能试验结果见图1、图2。

      由图1、图2可知：掺入高效缓凝减水剂组试件各龄期强度均大于KB组；3 d时，相较于KB组，LL组试件抗压强度提高最多，约为34%，而LS组试件抗压强度提高最少，仅为11%，LM组试件劈裂抗拉强度提高最多，约为23%，而LS组、XP组试件劈裂 抗拉强度提高较少，约为2%；28 d时，相较于KB组，LM组试件的抗压、劈裂抗拉强度均提高最多，而LS组试件的抗压、劈裂抗拉强度均提高最少。

      综上，各高效缓凝减水剂与氧化镁膨胀剂复掺对混凝土的强度均有所提高，且有一定的早强效果，同时不会影响后期强度的提高，合理使用可以降低混凝土的开裂风险。其中，LL组拌合物虽工作性相对较差，但试件3 d抗压强度提高幅度大，表明柠檬酸锂对于混凝土早期抗压强度的提升效果非常显著，具有早强效果。2种柠檬酸盐高效缓凝减水剂对混凝土强度的提高更明显。

2.3   干燥收缩

      干燥收缩在混凝土总收缩变形中占比较大（约80%～90%左右）。通过干燥收缩测试可以较好地研究混凝土的早期体积变形。试件干燥收缩试验结果见图3。

      由图3可知：2 d时，各试件的收缩率略有区别，其中，KB组、LS组试件的收缩率较高，其余组试件的收缩率较低且数值接近；3 d时，XP组和LM组试件的收缩率依然较低；7 d时，XP组试件的收缩率增长较快，但依然小于KB组；28 d时，各试件的收缩率由大到小的顺序为：LS组>KB组>LL组>XP组>LM组，其中，LS组干缩率仅略微大于KB组，说明掺入高效缓凝减水剂可以有效降低混凝土的干燥收缩。

2.4   抗裂性能

      试件的抗裂性能试验结果见表3。

      由表3可知：

      （1）1 d时，仅KB组、LS组和LL组试件出现了裂缝，XP、LM组均未发现明显裂缝，其中，LL组试件裂缝微小，且开裂面积较小，表明柠檬酸锂的掺入虽然会造成混凝土工作性不良，但仍对裂缝的控制有一定的效果；LS组试件的最大裂缝宽度和平均开裂面积都未超过KB组，但是其单位面积裂缝条数较多，从而导致单位面积上总裂缝的面积超过KB组，表明柠檬酸的掺入会增加混凝土1 d内的开裂几率。

      （2）3 d时，除了LL组试件的抗裂等级由Ⅰ级变成Ⅱ级外，其余各组试件的抗裂等级和1 d时相同；XP组和LM组仍未观测到明显裂缝，结合干燥收缩试验结果（XP组和LM组试件3 d收缩率明显小于其他组）可知，葡萄糖酸钠、柠檬酸镁通过控制混凝土的早期收缩来减少裂缝的产生；KB组、LS组试件的平均开裂面积相较于1 d时均有大幅提高，分别为29.8%和48.6%，说明混凝土在早期裂缝发展速率较快。

      （3）7 d时，LM组试件依旧没有明显裂缝，抗裂等级为Ⅰ级，XP组、LL组试件的抗裂等级为Ⅱ级， KB组、LS组抗裂等级为Ⅲ级。可见，葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂均对氧化镁膨胀剂的早期抗裂效果有积极影响，其中，柠檬酸镁的效果最好，可以保证混凝土7 d内不发生明显裂缝；葡萄糖酸钠也可以提高混凝土的抗裂性能，有效推迟裂缝的产生，并控制裂缝面积；此外，有文献研究表明，建筑物表面干燥收缩裂缝数量较少，且不足0.2 mm时，可不进行修补处理。由此可知，XP组试件产生的裂缝并不会影响混凝土的正常使用。

      为更加直观地分析各组试件的抗裂性能变化，将各组试件7 d的总裂缝的面积绘制成折线图，见图4。

      由图4可知：LS组试件单位面积上总裂缝的面积最大，且随龄期的增加其发展速度较快；LL组试件裂缝发展趋势接近直线，裂缝发展的速度较为稳定；XP组试件7 d时单位面积上总裂缝的面积较小；LM组未观测到裂缝。

      综上，与氧化镁膨胀剂复掺使用时，葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂均对混凝土早期抗裂性能有积极作用，故推断这3类高效缓凝减水剂对氧化镁膨胀剂的补偿收缩作用有积极影响；而柠檬酸会加快混凝土的早期开裂。

（1）与氧化镁膨胀剂复掺时，柠檬酸锂对混凝土拌合物的坍落度较为敏感，且无法改善其保水性和黏聚性；柠檬酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸镁能在几乎不影响混凝土拌合物坍落度的同时可改善其黏聚性和保水性，工作性较好。

（2）各高效缓凝减水剂均可提高混凝土的力学性能，其中，柠檬酸镁的提高效果最好。

（3）葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂均可减少混凝土的干燥收缩，其中，柠檬酸镁的效果最好。

（4）葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂均可提高混凝土的早期抗裂性能，对氧化镁膨胀剂的补偿收缩作用有正向影响；而柠檬酸却会促进裂缝的产生，不宜应用在具有抗裂要求的混凝土工程中。

（5）实际应用时，应根据工程需要，选取适当的高效缓凝减水剂与氧化镁膨胀剂复配，方可充分发挥氧化镁膨胀剂的补偿收缩作用，从而达到工程要求的混凝土抗裂效果。