石灰系膨胀剂的膨胀机理？石灰系膨胀剂的理论解释

石灰系膨胀剂最早由小野田公司研制成功，以石灰石、黏土和石膏作为原材料，其主要化学成分是氧化钙（部分结晶）​，水化时由氧化钙结晶转化为氢氧化钙结晶。但日本生产的这种膨胀熟料是采用石灰石经1400～1600℃高温煅烧而得，容易产生晶体结构致密无孔的过烧氧化钙，这种过烧氧化钙的反应活性低，水化反应持续时间长，且这种“延长膨胀”性能将有可能破坏水泥混凝土的结构，影响混凝土的耐久性。2006～2009年中国建材院和江苏省建筑科学研究院分别通过调整生料配比组成和烧成工艺等技术手段，在1200～1300℃低温条件下煅烧制备了氧化钙含量较高的专用膨胀熟料，如中国建材院的HCSA膨胀剂和江苏省建筑科学研究院的HME膨胀剂。

石灰系膨胀剂属煅烧氧化钙，石灰石（CaCO3）煅烧至800℃时开始分解逸出CO2，形成CaO晶体，其晶体结构随着煅烧温度的升高而趋于致密。关于CaO的水化膨胀，可通过物质转移理论与空隙体积增大理论解释。

① 当氧化钙与水拌和后，将发生两类物质的转移：一是水分子进入氧化钙颗粒内部与其反应生成氢氧化钙；二是水化反应生成的氢氧化钙向原来充水的空间转移。由于煅烧氧化钙内比表面积大，水化速率快，此时氢氧化钙的生成速率大于转移速率，氧化钙颗粒周围的氢氧化钙还没转移走，里面又生成大量的氢氧化钙，新的氢氧化钙冲破原来的反应层，使体系的宏观体积增大，产生膨胀。

② 煅烧氧化钙与水反应生成氢氧化钙固相体积增大92.92%，另外水化过程中，石灰颗粒分散，比表面积大，在分散的离子表面吸附水分子，由于被吸附的水分子具有某种固体的性质，因此可将吸附的水视作固相体积增大的部分，石灰颗粒表面的水化产物沉积使颗粒粒径变大，增大了水化后石灰颗粒的堆积空隙体积，固相体积与空隙体积的增大，超过了体系的化学减缩部分，体现为宏观体积的膨胀。由此可见氧化钙的煅烧温度与细度是决定其膨胀性能的决定因素。

中国建材院赵顺增教授认为，以CaO为主要膨胀源的膨胀剂是今后膨胀剂的发展方向。这类膨胀剂由于原材料来源广、生产成本低、膨胀速率较快、膨胀效能比较大，对湿水养护的依赖程度相对较低，比较适合用于低水胶比的高性能混凝土。另外，氧化钙水化反应生成Ca（OH）2产生膨胀后，膨胀相Ca（OH）2可以进一步与高性能混凝土中掺合料所含的活性SiO2进行二次火山灰反应，生成C-S-H凝胶，对补充大掺量掺合料混凝土的Ca（OH）2，提高混凝土抗碳化性能具有重要的意义。