混凝土膨胀剂3

混凝土膨胀剂

混凝土膨胀剂

一、混凝土膨胀剂的发展史

美国科学家Lossier于1936年前后利用钙矾石的膨胀作用制备了化学预应力混凝土，奠定了重要的基础。随后，美国开始研发膨胀混凝土。

1958年，美国人A.克莱因研制成功了一种硫铝酸盐型水泥，取名K水泥，并取得了膨胀水泥的专利。该水泥在1963年开始用于收缩补偿混凝土，并大量生产，在多种结构中推广使用。

1965~1972年间，日本购买了美国K型膨胀水泥专利，并在此基础上，研制成功了硫铝酸钙膨胀剂（Calcium Sulfo-Aluminate，简称CSA）。这种膨胀剂是用石灰石、矾土和石膏配制生料，经电融烧制成的一种含有C4A3S、CaO和CaSO4的熟料，然后将其粉磨成粉状产品，这种产品应用于收缩补偿混凝土和自应力混凝土，取得很大成功。

1970年，日本小野田公司还成功开发了石灰系膨胀剂，它是用石灰石、石膏和黏土配制成生料，经1400℃左右煅烧成含有40%~50%的游离氧化钙膨胀熟料，再经粉磨制成石灰系膨胀剂。他通过CaO水化生成Ca(OH）2使混凝土产生膨胀，但是由于水化后的稳定性受许多因素影响，Ca(OH）2的胶凝性和防渗性较差，抗硫酸盐侵蚀性能不良，这种膨胀剂并未受到普遍重视。

20世纪90年代后期，美国的P.K.Mehta等为解决大体积混凝土温差裂缝问题，提出了在水泥中参入5%MgO的设想。他认为，只要MgO煅烧温度控制在900~950℃之间，物料粒径控制在300~1180µm，MgO所产生的膨胀速率是符合补偿大体积混凝土冷缩要求的，MgO膨胀剂也是膨胀剂中重要的种类之一。

二、膨胀剂的种类与作用机理

1、氧化钙类膨胀剂

氧化钙遇水发生水化，形成氢氧化钙：

CaO+H2O=Ca(OH)2

这是一个放热过程，且水化产物的体积将增加近1倍。氧化钙类膨胀剂就是利用这一原理研制成功的。但由于氧化钙接触水后水化十分激烈，且放热量大，生石灰不能直接用作膨胀剂，否则掺入这种物质的水泥混凝土拌合后还未硬化，氧化钙却已水化完毕，不能使硬化混凝土产生体积膨胀。

为延缓氧化钙水化，一般可采取两种措施，即过烧生石灰或对生石灰进行表面处理。

（1）过烧生石灰

将碳酸钙加热到1400℃左右，分解后得到过烧生石灰。将过烧生石灰粉末至一定细度，就得到过烧生石灰膨胀剂。

（2）表面处理的生石灰

采用具有憎水或隔离作用的有机物对生石灰颗粒表面进行处理，可以延缓其水化速率。

2、硫铝酸钙类膨胀剂

硫酸铝类膨胀剂是工程中最常见的膨胀剂，其反应通式为：

属于硫铝酸盐类膨胀剂的主要有CSA膨胀剂和明矾石膨胀剂。

3、硫铝酸钙-氧化钙类复合膨胀剂

含有两种及两种以上膨胀原的膨胀剂通常称为复合膨胀剂。硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂有效利用了钙矾石的膨胀作用和生石灰水化形成氢氧化钙结晶体的膨胀作用。这方面有我国的CEA膨胀剂：

2H2O)

硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂的掺量较硫铝酸钙类膨胀剂的掺量小，但比氧化钙类膨胀剂的掺量大。

4、氧化镁类膨胀剂

氧化镁系膨胀剂主要是通过氧化镁水化生成氢氧化镁结晶（水镁石）而产生膨胀：

氧化镁膨胀剂一般应用于水工建筑中。（是我国拥有自主知识产权的项目）

三、膨胀剂在混凝土中的用量

混凝土膨胀剂在混凝土中的参量一般比较大，氧化钙类膨胀剂的掺量一般为水泥质量的3%-5%，硫铝酸钙类膨胀剂的掺量一般为水泥质量的8%-12%，且需要膨胀率大时，它们的掺量应该更大。

膨胀剂一般按照内掺法进行，其计算方法为：

膨胀剂掺量=m膨胀剂/（m水泥+m膨胀剂）×100%

式中：m膨胀剂——膨胀剂质量

m水泥——水泥质量

四、膨胀剂对混凝土性能的影响

1、对混凝土膨胀率的影响

以下除对比变量外，其他控制变量都相同

（1）膨胀剂掺量越大，混凝土的膨胀能越大。

（2）混凝土配筋率越大，膨胀率越小。

2、对混凝土凝结时间的影响

对混凝土的凝结时间影响不大，这是因为膨胀剂的组分一般要在水泥水化硬化以后才开始产生作用。但是掺硫铝酸钙类膨胀剂的混凝土其凝结时间一般要比不掺者虽短20-60min,原因是硫铝酸钙类膨胀剂中含有石膏组分和铝酸盐组分，促进了水泥的水化。

3、对混凝土强度的影响

掺膨胀剂的混凝土一般早期抗压强度有所增长，但后期抗压强度与膨胀剂掺量关系较大。对于自由膨胀的混凝土，当膨胀剂掺量较大时往往导致混凝土后期抗压强度有所降低。但是对于受约束作用的混凝土，即使膨胀剂掺量较大时，由于混凝土的膨胀能受到钢筋的约束，使得混凝土的内部结构更加密实，混凝土抗压强度增加。

4、对混凝土强度的影响

膨胀结束后的膨胀混凝土，其收缩与徐变值与普通混凝土相似。但是在限制条件下，膨胀混凝土的干缩值略低于普通混凝土。

5、对混凝土和易性的影响

掺膨胀剂的混凝土，一般需水量稍大，拌合物黏聚性较好，保水性优良。但是掺加膨胀剂的混凝土一般（并不是所有）坍落度损失较快，尤其是同时掺加膨胀剂和减水剂的混凝土，有时坍落度损失过快，以至于无法满足运输需求。

6、对混凝土抗渗性、抗冻性的影响

对于自由膨胀的混凝土，膨胀剂掺量较低时，膨胀产物主要填充混凝土内部毛细孔和大孔，起到密实作用，对于提高混凝土抗渗性很有帮助。但是当掺量过大时，过高的膨胀能会导致混凝土内部出现微裂纹，反而使混凝土抗渗性下降。

由于混凝土抗渗性提高，掺膨胀剂可以同时改善混凝土抗冻性。

五、混凝土膨胀剂在工程应用中应注意的问题

1、掺膨胀剂的混凝土其胶凝材料用量不得太低

如果胶凝材料用量过低，一方面不能混凝土和易性要求，另一方面也不能有效发挥膨胀作用和补偿收缩作用。胶凝材料用量应符合下表：

掺膨胀剂混凝土胶凝材料最少用量

2、水泥用量

用于有抗渗要求的补偿收缩混凝土，水泥用量应不小于320kg/m3，当掺入掺合料时，其水泥用量不应小于280kg/m3。

3、水胶比

水胶比不宜过大。水胶比太大，一方面会使混凝土抗压强度过低，另一方面也不利于混凝土的抗渗性和耐久性。掺膨胀剂的混凝土其水胶比不宜大于0.50。

4、膨胀剂掺量

不同膨胀剂掺量不同。为保证膨胀率，膨胀剂的掺量必须足够，同时，膨胀剂的掺量不得过大，过大会危害到混凝土的强度和耐久性。

以硫铝酸盐类膨胀剂为例，在补偿收缩混凝土中的掺量不宜大于12%，不宜小于6%。在填充用膨胀混凝土中的掺量不宜大于15%，不宜小于10%。

5、膨胀剂与其他外加剂的适应性

膨胀剂与大多数外加剂都可复合使用，但应特别注意，膨胀剂不宜与氯盐类外加剂复合使用，与防冻剂复合使用时应慎重。同时，膨胀剂与泵送剂复合使用时往往影响混凝土的坍落度保持性，应进行试验检验他们的适应性。膨胀剂与聚羧酸系减水剂的适应性较好。

6、膨胀剂的掺加方法和掺膨胀剂混凝土的搅拌

粉状膨胀剂应与混凝土其他原料一起投入搅拌机，拌和时间应延长30s。

7、掺膨胀剂混凝土的浇注、振捣

掺膨胀剂混凝土在计划浇注区段内应连续浇注，不得中断。混凝土浇注以阶梯式推进，浇注间隔时间不得超过混凝土的初凝时间，不得出现冷缝。混凝土以机械振捣为宜，不得漏振、欠振或过振。混凝土终凝前，应采用抹面机械或人工多次抹压，以封闭表面发丝裂纹，防止开裂。

六、混凝土膨胀剂举例

EA-L型混凝土膨胀剂