哪种膨胀剂更适合UHPC超高性能混凝土?

在UHPC（超高性能混凝土）中，膨胀剂的选择需结合其低水胶比、高致密性和高强度的特点，以达到补偿收缩、减少开裂并提升耐久性的效果。但常见的混凝土膨胀剂种类不只一个，究竟哪种更适合用作高性能混凝土的配制，以下我们从膨胀剂类型及其应用要点来做一个简单的对比。

一、混凝土膨胀剂的种类与应用要点

1. 硫铝酸钙类膨胀剂（CSA类）

1.1 作用机理：通过生成钙矾石（AFt）产生体积膨胀，补偿UHPC自收缩和干燥收缩。

1.2 适用场景：常温环境（20-30℃）下的UHPC预制构件（如桥梁节段、幕墙板），需快速形成早期膨胀的工程（如薄壁结构）。

1.3 掺量范围：3-8%（胶凝材料质量比），需通过试验优化。

1.4 注意事项：高活性CSA可能导致膨胀过快，与UHPC低孔隙率叠加引发内部应力集中，需控制反应速率；避免与高钙材料（如普通硅酸盐水泥）过量复配，防止过度膨胀。

2. 氧化镁类膨胀剂（MgO类）

2.1 作用机理：MgO水化生成氢氧化镁（Mg(OH)₂），延迟性膨胀可匹配UHPC的长期收缩特性。

2.2 适用场景：大体积UHPC结构（如核电防护层、海洋平台基础）；高温养护环境（50-80℃），可加速MgO膨胀反应。

2.3 掺量范围：5-12%（胶凝材料质量比），需根据活性MgO含量调整。

2.4 注意事项：选择不同活性的MgO（轻烧/重烧）以控制膨胀时间（7-90天）；需验证与硅灰、粉煤灰等掺合料的相容性。

3. 氧化钙类膨胀剂（CaO类）

3.1 作用机理：氧化钙与水反应形成氢氧化钙（Ca(OH)2），这一过程中伴随着显著的体积膨胀，从而有助于补偿混凝土的收缩。

3.2 适用场景：适用于多种混凝土工程，特别是对抗裂防渗要求较高的结构。

3.3 掺量范围：3-8%（胶凝材料质量比），需根据配比实验调整。

3.4 注意事项：膨胀反应生成Ca(OH)₂易引发‌延迟性膨胀‌，可能破坏UHPC的‌超高抗压强度（强度损失可达10–20%）‌‌，在低水胶比环境下反应不充分，存在‌膨胀效率不足（补偿率<40%）‌的问题‌。

4. 复合型膨胀剂

4.1 组成：CSA + MgO + CaO + 调控组分（如缓凝剂、分散剂）。

4.2 优势：早期（CaO、CSA）与中后期（MgO）膨胀协同，更全面补偿UHPC收缩；减少单一膨胀剂的副作用（如开裂风险）。

4.3 掺量范围：3-10%（胶凝材料质量比），需根据配比实验调整。

4.4 应用案例：超高层建筑UHPC钢管混凝土柱；跨海桥梁湿接缝UHPC浇筑。

二、选型与施工关键点

1. 相容性验证：

膨胀剂需与UHPC中的硅灰、钢纤维、减水剂（如聚羧酸系）适配，避免影响流动度或引发异常凝结。

2. 掺量控制：

通过限制膨胀率试验（如GB/T 23439）确定合理掺量，通常高于普通混凝土（因UHPC自收缩更大）。

3. 养护制度：

蒸汽养护可优化CSA类膨胀剂效果，但需避免温度过高（＞90℃）导致MgO过度反应。

4. 监测与调控：

采用应变传感器监测UHPC的膨胀-收缩平衡，防止过度补偿引发内部微裂纹。

UHPC优先选用硫铝酸钙类（CSA）或复合型膨胀剂以快速补偿早期收缩，而氧化镁类（MgO）更适用于大体积或需延迟膨胀的场景，实际工程中需通过配合比试验确定合适的方案，并严格监测膨胀行为。