工程施工中如何更好地使用混凝土膨胀剂

在工程施工中，为了让混凝土达到更好的抗裂抗渗效果，很多相关人员会采用添加膨胀剂的方法，那么如何好地利用它，就成了我们关心的问题。

膨胀作用的发挥除了与膨胀剂本身的成分有关外，还和水泥及混凝土的膨胀条件有关。膨胀剂的膨胀作用除了有大小不同之外，更重要的是合理发挥时间，膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一定的速度增长，才能发挥更好的效果。如果太早则因强度不够，或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力被吸收而发挥不出来，如果太迟又会因混凝土强度太高，膨胀作用发挥不出来或膨胀作用破坏已形成的结构。了解各种因素的影响，控制好膨胀剂的作用时间与强度是收到良好效果的必要条件。

（一）膨胀剂的品质对混凝土的影响

膨胀剂的组成是决定膨胀剂作用的关键因素，以硫铝酸盐膨胀剂为例，其膨胀源为钙矾石，生成钙矾石的速率和数量主要受氧化铝和三氧化硫含量的影响，其中三氧化硫起主要作用，硫铝酸盐膨胀剂中三氧化硫含量的高低可以决定掺量大小。而石灰系膨胀剂和氧化镁型膨胀剂的膨胀性能则分别取决于氧化钙和氧化镁含量多少。

膨胀剂的细度会影响膨胀性能大小，硫铝酸盐系膨胀剂细度越小，比表面积越大，化学反应速率越快，从而影响钙矾石的生成速率和数量；氧化钙类膨胀剂颗粒越粗，膨胀越大，膨胀稳定期也越长，比较理想的粒径范围是30～100um。

（二）水泥的影响

对硫铝酸盐膨胀剂来说，不同水泥其膨胀率不同，水泥的质量对水中养护、空气养护的膨胀率、抗压强度、抗折强度影响都不一样，主要与水泥中的熟料有关。

（1）膨胀率随水泥中Al2O3、SO3含量的增加而增加。

（2）水泥品种影响膨胀率，矿渣水泥膨胀率大于粉煤灰水泥的膨胀率。

（3）水泥用量影响膨胀率，水泥用量越高，膨胀值越大。水泥用量越低，膨胀值低，日本规定掺膨胀剂的混凝土水泥用量不得低于290kg/m3，水泥强度等级低则膨胀率值高，水泥强度等级高，则膨胀值低。

（三）水灰比对膨胀作用的影响

水灰比的影响主要归根与混凝土强度发展历程与膨胀剂膨胀发展历程的匹配关系。水灰比较小时，混凝土早期强度高，高强度会限制约束膨胀的发挥，从而减低膨胀效能；水灰比较大时，混凝土早期强度发展缓慢，膨胀剂产生的膨胀会由于没有足够的强度骨架约束而衰减，从而降低有效膨胀。另外，高水灰比水泥浆体的孔隙率也高，这时会有相当一部分膨胀性水化产物填充孔隙，也会降低有效膨胀。

（四）矿物掺合料对膨胀剂的影响

在混凝土中掺入一定量的某些低钙矿物掺合料，如磨细矿渣、粉煤灰等，对任何原因例如过量SO3水平有关，也就是说，也与膨胀剂和水泥的组分有关，不同矿物掺合料对膨胀剂的膨胀作用影响规律是不同的。在大掺量掺合料的高性能混凝土中，氧化钙类膨胀剂具有更优异的性能，因为氧化钙水化反应生产Ca(OH)2产生膨胀后，膨胀相Ca(OH)2可以进一步与掺合料所含的活性SiO2进行二次火山灰反应，生成C-S-H凝胶，有利于解决大掺量掺合料混凝土的“贫钙”现象，提高混凝土抗碳化性能。

（五）大体积混凝土中升温的影响

掺入膨胀剂的混凝土的膨胀、收缩性质是在养护温度为17～23℃条件下测定的，混凝土强度提高，水泥用量增大，大体积混凝土温度升高，掺入膨胀剂后，尽管取代部分水泥，但不会降低混凝土的温度，混凝土内部温度在高可达70℃以上，硫铝酸盐系膨胀剂的水化产物为钙矾石，在温度为65℃时开始脱水分解，水泥浆体中钙矾石形成受到限制，早期未参与反应的铝、硫分成，或水化初期生成钙矾石，又与水化温升而脱水以致分解，在混凝土使用期间的合适条件下，重新生成钙矾石，即二次钙矾石，二次钙矾石的膨胀与混凝土强度发展不协调，不能达到混凝土补偿收缩的目的，还会造成混凝土结构的劣化。因此，在大体积混凝土中，一般不宜用硫铝酸盐系膨胀剂，而应选用氧化镁系膨胀剂。

（六）施工对膨胀作用的影响

（1）混凝土搅拌对膨胀作用的影响

掺膨胀剂后，由于膨胀剂在混凝土中分布不均匀，必然会因膨胀不均匀造成局部膨胀开裂，因此应控制搅拌时间使膨胀剂在混凝土中分散均匀。

（2）后期养护对膨胀作用的影响

膨胀剂的持续水化离不开水的供给，保持充分的水养护是水泥水化和膨胀剂水化反应的保证。一旦混凝土硬化早期没有及时浇水，自由水蒸发后，水泥水化使混凝土内部毛细孔被切断，再恢复浇水，水进不到内部，得不到应有的膨胀，就会造成较大的自收缩，在施工过程中应加强混凝土的后期养护。

（七）膨胀剂对混凝土性能的影响

在混凝土中加入膨胀剂，由于膨胀组分与水泥组分在水中的相互作用，无论是新拌混凝土还是硬化后的混凝土，其性能都会发生相应的变化。对于新拌混凝土，其坍落度、含气量、粘聚性、凝结时间都会发生变化，对于凝结后混凝土，其抗压强度、抗渗指标、抗冻性也会受到影响，另外，不同的膨胀剂对于混凝土的性能也不同。

1.流动度

掺入混凝土膨胀剂的混凝土，其流动性均有不同程度的降低。在相同坍落度时，掺混凝土的水胶比要大，混凝土的坍落度损失也会增加，这是因为水泥与混凝土膨胀剂同时水化，在水化过程中出现争水现象，使混凝土坍落度减小的同时，坍落度损失增大。

2.泌水率

掺入膨胀剂的混凝土的泌水率要比不掺混凝土膨胀剂的泌水率要低，但是不是十分明显。

3.凝结时间

掺入硫铝酸盐系膨胀剂后，会使凝结时间缩短，原因是膨胀剂中早期生成的钙矾石加快了水化速度。

4.强度

混凝土的早期强度随膨胀剂掺量的增加而有所下降，但后期强度增长较快，养护条件好的时候，混凝土密实度增加，混凝土抗压强度会超过不掺膨胀剂的混凝土，但当膨胀剂掺量过多，强度出现下降。这是由于膨胀剂掺量过多，混凝土自由膨胀率过大，因而强度出现下降，在限制条件下，许多研究表明混凝土强度不但不降，反而得到一定的提高，实际工程中混凝土都受到不同程度的限制，所以公工程上的混凝土强度应该更高。

5.抗渗性

膨胀剂水化过程中，体积会发生膨胀，生成大于本来体积的水化产物，如钙矾石，它是一种针状晶体，随着水泥水化的进行，钙矾石柱逐渐在水泥中搭接，形成网状结构，由于阻塞水泥石中的缝隙，切断毛细管道，使结构更加密实，极大地降低了渗透系数，提高了抗渗性能。

6.补偿收缩与抗裂性能

膨胀剂应用到混凝土中，旨在防止开裂，提高其抗渗性。在硬化初期有微膨胀现象，会导入0.2～0.7MPa的自应力，这种微膨胀效应在14d左右就基本稳定，混凝土初期的膨胀效应延迟了混凝土收缩的过程。一方面由于后期混凝土强度的提高，抵抗应力的能力得到了增强；另一方面，由于补偿收缩作用，使得混凝土的收缩减小，裂纹产生的可能性降低，起到增加防裂性能。

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