對膨脹劑在使用中出現問題的討論

王雯雯任大恒

摘要：混凝土膨脹劑作為主導外加劑品種之一，應用日趨廣泛，但問題也越來越多，本文對此進行了研究。

關鍵詞：混凝土；膨脹劑；應用；問題；探討

中圖分類號：TU528.042.4 文獻標識碼：A

引言

在混凝土中摻用適量膨脹劑以補償收縮，是防止或減小混凝土開裂行之有效的方法。近年來，我國使用膨脹劑的工程量增長很快，使用范圍不斷擴大，產量增長的速度在世界上也是少有的。但是，不成功的例子也隨之增加，有些施工部門對膨脹劑的作用表示懷疑，甚至拒絕使用。究其原因，并非膨脹劑本身之過，而是對膨脹劑缺少了解，缺乏辨證的觀點和態度，生產和使用中都有一定的盲目性。除了生產廠家分散，技術指導力量不足，以至產品質量波動較大，缺少售后技術指導和服務等問題外，大量一線技術人員對混凝土材料科學技術的認識仍停留在十年甚至幾十年的水平，不能正確使用膨脹劑，甚至有人誤認為只要摻入膨脹劑混凝土就不裂。這是造成膨脹劑使用不成功的重要原因。實際上，任何產品和技術都不是萬能的，都有其適用范圍和專門的使用方法，必須具體問題具體分析。正確使用，會得到理想的效果，使用不當，則適得其反。在這里，就現有的理解，對目前常用膨脹劑使用中的問題做一些分析。

1 混凝土技術變化對膨脹劑使用的影響

1.1混凝土水灰比變化的影響

我國膨脹劑的研制開發已有40多年的歷史。對膨脹劑性質的研究是在當時混凝土常用水灰比為0.5左右的情況下進行的，膨脹水泥的膨脹率隨水灰比的減小而增加是因為，較大的水灰比的混凝土中的孔隙率可吸收較多的膨脹能，而較致密的混凝土才能產生較大的膨脹。近年來，高性能混凝土的推廣應用使常用水灰比下降到0.45甚至0.4以下，高強混凝土的水灰比常在0.3左右。盡管在理論上，完全水化的水泥結合水量占水泥質量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛細孔孔隙率的水灰比為0.438，實際上，即使水灰比為0.5左右，隨著水化的不斷進行，水化物增多，自由水減少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水隨水灰比的降低而減少，膨脹劑中重要組分的容出量隨自由水的降低而減少。因此，當水灰比很低時，膨脹劑參與水化而產生膨脹的組分數量會受到影響，那么，早期未參與水化的膨脹劑組分，在混凝土使用期間合適的條件下，可能生成二次鈣礬石而破壞混凝土結構，“水灰比即使低到0.3，仍有足夠的水分來保證生成膨脹組分”的說法，無疑是錯誤的。

1.2礦物細摻料對膨脹的影響

在混凝土中摻入一定量的某些低鈣礦物細摻料，如磨細礦渣、粉煤灰等，對任何原因等引起的膨脹都有抑制作用。但是有些礦物細摻料如天然沸石巖則在早期對膨脹有促進的作用，28d以后才有抑制作用；摻量達到30%時，則膨脹基本上不再隨齡期而增長。

2 工程條件變化引起膨脹劑使用中的問題

膨脹水泥最早多用于修補，漿錨接頭或節點、接縫的灌漿，進而發展到地下室或屋面剛性防水面層以及水池、儲水罐等，自應力混凝土用于有壓力或無壓力管以及壓力管接頭等，使用的部位多為較薄斷面。近年來高層、大跨度建筑物發展迅速，期望使用膨脹劑抗裂、防水的工程增多，因而發展到用于大體積的基礎底板、厚度較大的墻以及梁、板、柱等結構混凝土中。則大體積混凝土內部溫升，重載、高層建筑基礎等的高配筋率、無基底約束的樓板配筋率不足等膨脹劑作用的條件也隨之發生變化。

2.1用于大體積混凝土時溫升的影響

混凝土強度提高，流動性增大，則水泥用量增多，較大體積的混凝土中溫升增高。取代等量的水泥膨脹劑，由于含鋁相組分和石灰的水化熱較大，并不會降低混凝土的溫升，反而可能使混凝土溫升有所提高。當在水會比為0.45左右、使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥而摻入膨脹劑時，混凝土的決熱溫升可達55攝氏度，對于厚度超過1米的基礎底板，在常溫下，其混凝土內部的溫度會超過75攝氏度。如果施工中控制不當，膨脹劑產生的膨脹應力不足以補償溫差應力時，就會發生開裂。

2.2約束條件與膨脹的關系

對于水泥混凝土，無約束的自由收縮不會引起開裂，有約束的收縮在內部產生拉應力達到某值時必然引起收縮；而無約束的自由膨脹會使混凝土內部疏松，甚至開裂，約束下的膨脹則使混凝土內部緊密，補償混凝土的收縮。在建筑物中的水泥混凝土都處于諸如鋼筋、模板、基底以及相鄰部位的約束下，各種原因引起的收縮都會產生不同程度的開裂。摻用膨脹劑的作用是利用約束下的膨脹變形來補償收縮變形。將早期膨脹和結束濕養護后的收縮相疊加不產生使混凝土中出現拉應力的負變形，則裂縫就能完全防止。因此，不能只叢砂漿和混凝土自由的膨脹和收縮來討論裂縫的防止，必須同時考慮約束的條件，約束必須恰當：約束太小時，產生過大的膨脹，會削弱混凝土的強度，甚至開裂；約束太大時，膨脹率太小，不足以補償收縮。

3 施工及檢驗中的問題

目前對膨脹劑的使用既無設計規程，也無施工規程，只是在防水工程施工的規程中提到，使用膨脹劑防水時必須加強養護，大體積混凝土必須分層澆筑，但是極少有人認真執行。主要存在以下幾個問題：

3.1關于混凝土的攪拌

攪拌對于混凝土的勻質性具有關鍵性意義。目前采用強制式攪拌機，使用混凝土拌和物的勻質性得到提高，但仍不能忽視攪拌時間的影響。

普通混凝土發攪拌時間需達75s，才能得到最小的變異系數。對于高性能混凝土，由于水膠比低，又增加了諸多組分，攪拌時間應當更長，尤其是高效減水劑、膨脹劑等的摻量很少，攪拌時間不足時，會明顯影響混凝土拌和物的勻質性。《高強混凝土和高性能混凝土設計與施工指南》規定總攪拌時間應不少于2min,而目前許多攪拌站的實際攪拌時間只有30s。其理由是用攪拌車運輸時還要不斷攪拌。但是攪拌車上的是自落式攪拌機，運輸時不斷攪拌的主要目的是防止摻減水劑的混凝土拌和物因具有觸變性質而假凝，與在攪拌站的強制式攪拌機的均勻攪拌是不同的。不摻膨脹劑時，混凝土是否均勻在表面上看不出，但摻膨脹劑后，由于膨脹劑在混凝土中分布不均勻，必然會因膨脹不均勻而引起開裂。有的工地預留摻膨脹劑的混凝土試塊在養護過程中有的發生開裂，顯然是因該部分拌和物含有過多的膨脹劑所致。

3.2關于混凝土的養護

保持充足的水分是水泥水化和膨脹劑組分反應的保證，因此水養護是摻膨脹劑的混凝土施工的重要措施。試驗表明，在水養護下膨脹速率至少在14d以后才趨于緩和，《混凝土膨脹劑》將檢測限制膨脹率 的水養護時間該成7d，以適應工地的實際情況。但是許多工地實際上澆水養護只能維持3d，或者不能保證連續澆水。高性能混凝土的水灰比很底，內部自由水少，需要及時加強連續澆水養護；加膨脹劑后，尤其需要重視早期連續澆水養護。一旦在早期沒有及時澆水，或澆水中斷，則混凝土內部毛細孔就會被切斷，再恢復澆水時，水進不到內部，使水化消耗本來就很少的自由水后，產生較大的自收縮。

3.3關于設縫

摻用膨脹劑的混凝土仍應設置沉降縫、伸縮縫，伸縮縫間距可適量加大。過于增加伸縮縫間距雖然能取得一些施工便利，但對建筑物卻會帶來麻煩。一般不宜超過50-60米。完全不設縫的做法是不慎重的。配置鋼筋網或采用后澆帶的做法可以加長伸縮縫的間距。但是也不宜完全取消伸縮縫，而且后澆帶的澆筑應當在已澆筑的摻膨脹劑混凝土收縮穩定后進行。一般，1個月收縮量為最終收縮是40%，3個月的收縮量是最終收縮量的60%。因此后澆縫至少應在3個月后澆筑，至少也要在膨脹結束后的1個月進行。而在實際工程中后澆帶的澆筑往往在膨脹混凝土澆筑后的28d就進行了，甚至28d都等不到。因此就發生做了后澆帶仍未避免開裂的情況。

3.4膨脹劑的檢驗

標準規定對膨脹劑使用小試件和標準縱向限制器進行檢驗，而實際結構中混凝土所受的約束是很難估計的，不僅有鋼筋的約束，還有鄰位的限制。鋼筋的約束主要由鋼筋和混凝土之間的粘結力來提供，與試驗中主要由標準限制器兩端鋼板的約束是不同的。后者不僅約束程度大，而且約束產生的應力是均勻的，而前者約束力則在縱向是不均勻的。因此需要研究在實際工程中使用膨脹劑如何控制約束和膨脹的協調，以利膨脹劑效用的發揮。如何判斷實際結構中膨脹劑的效能，尤其是在一些密筋的結構中。

4 結束語

（1）當前膨脹劑應用中出現一些問題，主要源于缺少對新形式和新條件下提出的問題進行深入的基礎研究。科學研究是無止境的，任何技術都不會一勞永逸，總要不斷修正，否定之否定，不斷進步。

（2）建筑工程和施工技術的發展，對設計和施工人員的要求越來越高，應不斷更新知識，提高素質，才能加以適應。對膨脹劑也必須具有專門的知識，采取正確使用技術，才能成功地使用。

（3）盲目生產、使用和發展的結果必定是絕對的肯定到決定的否定。受損失的不僅是生產者，更重要的是會使混凝土的技術進步走彎路。在當前市場經濟的條件下，提高知識水平并舍得投資進行科學研究才是生產廠家參與市場競爭有遠見的明智之舉。

參考文獻：

[1]吳中偉.膨脹和自應力水泥及其應用.北京：中國建筑工業出版社.

[2]邱玉深.如何正確使用混凝土膨脹劑[J]；混凝土.