混凝土膨胀剂的作用机理及应用注意事项

混凝土膨胀剂的作用机理及应用注意事项
膨胀剂在工程中的使用相当普遍，用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是控制结构裂缝、提高混凝土抗渗性能的有效方法。

但是在有的工程施工中，由于不能正确使用膨胀剂，从而收不到应有效果，甚至出现影响工程结构质量的情况。

本文对膨胀剂的作用机理进行介绍，针对使用中易出现的问题进行分析，提出在设计阶段、试配阶段和施工阶段正确使用膨胀剂应注意的事项。

一、常用膨胀剂的种类及其作用机理
膨胀剂是能使混凝土产生一定体积膨胀，从而提高混凝土抗裂抗渗性能的外加剂。

按《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）的规定，混凝土工程可使用下列膨胀剂：硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类、氧化钙类。

硫铝酸钙类膨胀剂的作用机理，是指膨胀剂在加入水泥混凝土后，参与水化或与水泥水化产物反应，形成三硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)，钙矾石的生成使固相体积增加很大，从而引起表观体积膨胀。

属于硫铝酸钙类的膨胀剂有：明矾石膨胀剂(主要成分是明矾石与无水石膏或二水石膏)；CSA膨胀剂(主要成分是无水硫铝酸钙)；U型膨胀剂(主要成分是无水硫铝酸钙、明矾石、石膏)等。

氧化钙类膨胀剂的膨胀作用主要由氧化钙晶体水化形成氢氧化钙晶体，体积增大而导致的。

氧化钙膨胀剂的制备方法有多种，如用一定温度下煅烧的石灰加入适量石膏与水淬矿渣制成；生石灰与硬脂酸混磨而成；以石灰石、粘土、石膏在一定温度下烧成熟料粉磨后再与经一定温度煅烧的磨细石膏混拌而成等。

二、膨胀剂使用中易出现的问题及注意事项
根据使用部位和混凝土构件外部环境，在设计和选用阶段明确膨胀剂的限制膨胀率并注意其使用范围限制
在实际工程中，膨胀剂主要用于补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土和灌浆用膨胀砂浆等。

其中补偿收缩混凝土的适用范围包括大体积混凝土、配筋路面和板、屋面和厕浴间防水、预应力混凝土等；填充用膨胀混凝土的适用范围主要包括后浇带和隧道堵头等部位。

由于使用的结构部位不同，要求膨胀混凝土的限制膨胀率也有所不同。

根据大量工程实践表明，膨胀剂用于补偿收缩时，防水工程的底板混凝土的限制膨胀率在0.02%-0.025%间为宜，侧墙混凝土的限制膨胀率在0.03%-0.035%间为宜，同时根据理论计算，膨胀混凝土在钢筋限制条件下产生0.24MPa预压应力时的限制膨胀率为0.015%，因此规范规定补偿收缩混凝土水中养护14天的限制膨胀率应≥0.015%。

对后浇带或膨胀加强带等填充用膨胀混凝土，其限制膨
胀率比补偿收缩混凝土适当大一些，它产生的膨胀压力对新老混凝土结合更有利。

通过大量试验和工程实践表明，填充用膨胀混凝土的限制膨胀率在0.035%- 0.045%间为宜，规范规定填充用膨胀混凝土水中养护14d的限制膨胀率应≥0.025%。

由于有的设计图纸未根据膨胀剂混凝土使用部位明确其限制膨胀率，从而无法确定膨胀剂的正确掺量。

施工单位也因此忽视了膨胀混凝土的限制膨胀率问题，或简单地根据产品说明书的推荐掺加量进行施工，造成实际限制膨胀率达不到要求，起不到应有效果。

例如对后浇带或膨胀加强带等填充用膨胀混凝土，水中养护14d的限制膨胀率应≥0.025%，一般要掺入14% --15%膨胀剂才能达到。

如按厂家推荐的常规掺量进行掺加就不能满足设计要求，有可能造成开裂。

因此，结构设计者应根据结构部位确定膨胀剂混凝土的最小限制膨胀率，或者根据不同结构部位提出更高的膨胀率，并在设计图纸上注明。

这样，可以使用户合理选择膨胀剂厂家和确定掺量，以达到设计要求。

另外，用户在选用膨胀剂时要注意混凝土构件所处环境和不同类膨胀剂的使用限制。

由于水化硫铝酸钙在80℃上会分解，导致混凝土强度下降，因此规范规定掺硫铝酸钙类和硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂的膨胀混凝土(砂浆)，不得用于长期处于环境温度为80℃以上的工程中。

氧化钙膨胀剂消化生成的氢氧化钙化学稳定性和胶凝性较差，它与氯、钠、镁等离子进行置换反应，形成膨胀结晶体或被溶析出来，从耐久性角度考虑，该膨胀剂不得用于海水和有侵蚀性水的工程中。

二、根据膨胀混凝土的强度等级、限制膨胀率、坍落度等技术要求，在试配阶段做好膨胀混凝土的配合比设计工作
在膨胀混凝土配合比设计阶段，有部分施工单位和检测单位对膨胀混凝土的限制膨胀率不够重视，或未配备检测限制膨胀率的仪器设备和检测人员。

在试配时只是简单地按厂家推荐的膨胀剂掺量进行掺加，然后对强度和坍落度等性能进行检测，对试配混凝土的实际限制膨胀率则未进行检测，从而导致出现限制膨胀率达不到设计要求、不能满足不同结构补偿收缩要求的现象。

试验证明，有些厂家的膨胀剂质量波动较大，实际产生的膨胀作用有大有小，有的甚至是“调包”的伪劣产品。

因此，在使用前一定要检测混凝土的限制膨胀率，并以此作为配合比的主要依据之一。

另一方面，由于膨胀剂或复合膨胀剂与水泥、其他外加剂之间存在适应性的问题，有时会出现坍落度损失大、快凝等不适应现象。

在同一配合比下，使用不同的水泥、外加剂及其他原材，混凝土产生的膨胀率也不同。

因此必须根据工地原材料进行补偿收缩混凝土的试配，在满足混凝土坍落度、强度和抗渗等级的情况下，必须达到设计要求的限制膨胀率，否则就要考虑调整膨胀剂掺量。

在进行混凝土配合比设计时，应根据混凝土的抗渗抗裂要求，尽量选用水化热低、收缩小的水泥，掺加粉煤灰和抗裂抗渗性能好的外加剂，通过多项措施和材料的复合作用，达到减少混凝土裂缝、提高抗渗性能的目的。

三、施工阶段严格按试验室提供的配比进行计量，采取可靠措施确保膨胀混凝土的施工质量
在实际施工中，膨胀剂掺量有意和无意少掺是使膨胀混凝土达不到要求的一个重要原因。

有的施工单位认为，膨胀剂替代水泥后会造成混凝土强度下降，认为少掺膨胀剂为宜。

这种认识是错误的，因为膨胀剂替代率和混凝土强度是通过试验而确定的。

同时由于混凝土构件则受到钢筋和邻位的约束，它的实际强度要比标养强度有所提高，试验表明，带模养护的膨胀混凝土试件的限制强度经试验比自由强度高10% --15%。

因此，在正常掺量下，不必担心掺膨胀剂的混凝土强度下降。

膨胀混凝土的强度判定应以28d强度是否达到试配强度为准，而不能以7d自由强度作判断。

现场调查发现，在许多工地和搅拌站没有设专门的膨胀剂计量装置，靠人工以斗代秤加料，由于监督不力和人工加料的随意性，造成少掺现象。

更有甚者，有的施工单位从经济利益出发，故意少掺或不掺膨胀剂。

由于膨胀剂未按要求掺加，使膨胀混凝土起不到应有的补偿收缩作用，从而出现混凝土开裂现象。

因此，在拌制时严格按配比进行计量和掺加，确保膨胀剂掺量的准确性。

在准确计量的前提下，施工时尚应采取可靠的技术措施，确保膨胀混凝土的施工质量。

在现场拌制混凝土时，其拌和时间要比普通混凝土延长30s，以保证膨胀剂和水泥、减水剂(泵送剂)拌合均匀，提高其匀质性。

膨胀混凝土浇筑完毕，要充分进行养护，才能更好的发挥其膨胀效应，对掺膨胀剂混凝土的养护期不应小于14天。

底板宜用蓄水养护，楼板宜用湿麻袋覆盖养护，冬季施工要用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护；墙体宜用保湿较好的胶合板制模，混凝土浇完后，在顶部设水管慢淋养护，墙体宜在第5天拆模，然后尽快用麻包片贴墙并喷水养护，保湿养护10 -14天。

对大体积混凝土施工，应按要求进行热工计算和采取相应的降温措施，防止温度裂缝的产生。

在养护阶段结束后，要注意混凝土构件的维护保养，防止因气温和湿度变化，引起裂缝出现。

在地下室完成后，要及时复土，楼层尽快做墙体维护结构，屋面要尽快作做防水保温层。

总之，正确使用膨胀剂，确保膨胀剂混凝土的限制膨胀率，满足不同结构的补偿收缩或填充要求，对消除混凝土裂缝的出现有着重要意义。

广大工程技术人员应对此问题引起足够的重视，并采取有效措施提高结构工程质量。