淺談膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的應(yīng)用

李茜茜，李全堂

（1. 河北三楷深發(fā)科技股份有限公司，河北　石家莊　051430；2. 中鐵十二局集團(tuán)一公司，陜西　西安　71000）

淺談膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的應(yīng)用

李茜茜1，李全堂2

（1. 河北三楷深發(fā)科技股份有限公司，河北石家莊051430；2. 中鐵十二局集團(tuán)一公司，陜西西安71000）

配制抗?jié)B混凝土，主要靠控制骨料級配增加致密度、選擇合適的水膠比、加入引氣劑產(chǎn)生細(xì)小封閉氣孔封閉滲透水路這三種基本方法；加入膨脹劑可使混凝土在凝結(jié)的過程中，發(fā)生微膨脹，起到補(bǔ)償收縮作用，防止混凝土的收縮裂縫，還可提高混凝土的密實性，產(chǎn)生防水作用；摻膨脹劑配制抗?jié)B混凝土，是一種補(bǔ)充加固方法。抗?jié)B混凝土是否摻用膨脹劑，要結(jié)合圖紙設(shè)計和工藝要求。

抗?jié)B混凝土；膨脹劑；收縮；補(bǔ)償；引氣減水劑

0　序言

混凝土膨脹劑的功能是使硬化后的混凝土產(chǎn)生一定的體積膨脹，抵消混凝土硬化早期產(chǎn)生的體積收縮。膨脹劑已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于補(bǔ)償收縮混凝土、填充用膨脹混凝土、自應(yīng)力混凝土和灌漿膨脹砂漿。任何防水混凝土結(jié)構(gòu)，防滲與抗裂同樣重要，不裂就不滲。膨脹劑能起到結(jié)構(gòu)自防水和延長伸縮縫的間距的作用，而且使用更加方便，價格比較低廉，所以為了提高混凝土的抗?jié)B性能，防止混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫，在混凝土中經(jīng)常加入膨脹劑來提高抗裂性和密實性。

1　混凝土的膨脹劑

1.1混凝土的膨脹劑的膨脹機(jī)理

膨脹劑主要材料是：硫鋁酸鹽和鈣礬石，輔料有粉煤灰、石膏、煤矸石、高嶺土、鈣礬石等按比例合成。膨脹劑在混凝土中因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生微膨脹效應(yīng)，在鋼筋約束下，這種膨脹轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力，減少或消除混凝土干縮和凝縮時的體積縮小，使混凝土致密化，從而防止混凝土收縮開裂。

1.2膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的作用

膨脹劑主要是密實混凝土，膨脹混凝土是防止混凝土凝固后的收縮變形，防止開裂；抗?jié)B混凝土是防止?jié)B漏的，兩者的區(qū)別，膨脹，主攻對縫的解決。抗?jié)B，主攻對水的防御。設(shè)縫的地方，我們希望不要漏水。有水的地方，希望不要有裂縫。兩者的結(jié)合，就是功能完善的技術(shù)方案。

膨脹劑抗?jié)B混凝土使用部位主要為地下室外墻及底板，即所有能與地下水發(fā)生直接接觸的部位以及其他有抗?jié)B要求的混凝土工程。微膨脹混凝土主要適用于后澆帶（伸縮后澆帶和沉降后澆帶）以及鋼管混凝土和大壩回填槽等。

2　抗?jié)B混凝土的配合比設(shè)計

2.1抗?jié)B混凝土的配合比方案選擇

（1）設(shè)計圖紙說明有明確要求摻用膨脹劑的，必須摻配，否則不能進(jìn)行工程驗收。作為商品混凝土攪拌站，混凝土增加一個指標(biāo)價格就提高一部分，增加收入正是經(jīng)營者的期望。

（2）使用部位有要求的，如后澆帶（伸縮后澆帶和沉降后澆帶）以及鋼管混凝土和大壩回填槽等，必須要摻用膨脹劑的。作為商品混凝土拌和站，施工方?jīng)]提方案還得提醒用戶是否需要摻加以保證工程質(zhì)量。

（3）沒有明確要求的，可按照按照抗?jié)B混凝土配合比設(shè)計進(jìn)行試配以實測抗?jié)B等級降低 0.2MPa 使用。

2.2抗?jié)B混凝土的配制技術(shù)路線

2.2.1控制原材料

（1）水泥宜采用普通硅酸鹽水泥，粉煤灰等級為Ⅰ級或Ⅱ級，如用磨細(xì)礦碴時等級不小于 S95 級。

（2）粗骨料宜采用連續(xù)級配，最大粒徑不宜大于40mm，含泥量不得大于 1.0%，泥塊含量不得大于 0.5%。

（3）細(xì)骨料宜采用中砂，含泥量不得大于 3.0%，泥塊含量不得大于 1.0%，砂率宜為 35%～45%。

2.2.2抗?jié)B混凝土的配制方法

（1）控制水膠比：水灰比應(yīng)滿足 JGJ 55—2001《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》抗?jié)B混凝土最大水膠比的規(guī)定（見下表 1），且膠凝材料用量不小于 320kg。

表1　抗?jié)B混凝土最大水膠比的規(guī)定

摻用高效減水劑或高性能減水劑，可有效降低水膠比，它是抗?jié)B混凝土的基本方法。

（2）摻用引氣劑，含氣量控制在 2.0%～4.0%。

（3）摻用膨脹劑，使混凝土在凝結(jié)的過程中，發(fā)生微膨脹，起到補(bǔ)償收縮作用和提高混凝土的密實性，形成防水作用。

（4）摻用防水劑，起到封閉混凝土中毛細(xì)孔，達(dá)到結(jié)構(gòu)自防水作用。

3　配制抗?jié)B混凝土各種方法分析比較

3.1摻用高效減水劑或高性能減水劑降低水膠比

在混凝土中摻入減水劑后，由于減水劑的吸附—擴(kuò)散作用，得以將水泥凝裹體中所包裹的游離水釋放出來，顯著地改善了混凝土的施工和易性。因此，在滿足一定和易性要求時，可以減少拌合水用量，從而減少混凝土游離水的數(shù)量和減少水分蒸發(fā)后留下的毛細(xì)孔道，提高了混凝土的密實性，同時也提高了抗?jié)B性。

水泥用量是影響混凝土各項性能指標(biāo)的一個重要因素，水泥用量不足，將會影響混凝土的和易性、密實性、抗?jié)B性和耐久性。水泥用量過多，除浪費(fèi)外，還會使混凝土收縮增大，易出現(xiàn)裂縫。摻減水劑降低水膠比，增加密實度，是一種常用的抗?jié)B方法。

表2　常用泵送混凝土配合比膠材用量、水灰比參考值

3.2摻用引氣劑增加混凝土內(nèi)微細(xì)圓形封閉氣孔

用于混凝土中的引氣劑主要是聚乙二醇型的非離子型表面活性劑，含羥基、羧基、氨基和酰胺基、烷基酚、脂肪酸等的憎水原料都可與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到所需的引氣劑。

在混凝土中加入引氣劑，會形成一些細(xì)小的圓形封閉氣孔，可進(jìn)一步提高混凝土的流動性，減少拌合物的離析和泌水，提高混凝土的均勻性，改善混凝土的耐久性（抗?jié)B性、抗凍性）。混凝土的滲透是兩個連續(xù)的過程，即毛細(xì)作用使連通的毛細(xì)孔中充水，然后有壓力（水頭）的水通過。引氣劑引入的是小于 200μm 的圓形封閉氣孔，可切斷毛細(xì)孔的通路，大大降低毛細(xì)作用而提高抗?jié)B性。抗?jié)B混凝土的含氣量一般控制在 2.0%～4.0%。

摻用引氣劑，可減少用水量，降低水膠比，改善混凝土和易性，一舉多得。

摻用引氣劑抗?jié)B混凝土設(shè)計步驟為：選擇合格原材料→選取合適的水膠比→再摻用引氣劑，利用泵送高效減水劑或高性能聚羧酸減水劑，不需另外添加其它外加劑即可達(dá)到效果，經(jīng)濟(jì)可靠，是首選方案。

3.3三乙醇胺防水混凝土

3.3.1防水機(jī)理

三乙醇胺具有催化作用。在混凝土拌合物中摻入微量時（0.03%～0.05%），可加速水泥的水化，使水泥在早期生成較多的水化產(chǎn)物，奪取較多的水與其結(jié)合，相應(yīng)地減少游離水，也就減少了由于游離水蒸發(fā)而留下的毛細(xì)孔，從而提高了混凝土的密實度，進(jìn)而提高抗?jié)B性。

3.3.2適用范圍

三乙醇胺做為防水劑，可以單獨(dú)使用，與早強(qiáng)劑復(fù)配使用效果更為顯著。過去的早強(qiáng)劑以氯化鈉、亞硝酸鈉為主，因氯化鈉產(chǎn)生鋼筋銹蝕，現(xiàn)在的早強(qiáng)劑多采用甲酸鈣，早強(qiáng)效果與氯化鈉相近，甲酸鈣摻量占水泥用量 0.5% 左右。

三乙醇胺早強(qiáng)劑抗?jié)B混凝土抗?jié)B壓力最大可達(dá) 3.8MPa，配制 1.2～2.4 MPa 的抗?jié)B混凝土較容易實現(xiàn)。

4　膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的應(yīng)用

4.1摻膨脹劑補(bǔ)償混凝土收縮

混凝土在凝結(jié)初期或硬化過程中由于各種原因引起的隨時間變化而發(fā)生的體積縮小現(xiàn)象，容易導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。如果混凝土摻加膨脹劑，會補(bǔ)償混凝土收縮。

膨脹劑在混凝土中因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生膨脹效應(yīng)。在鋼筋作用約束下，這種膨脹轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力，減少或消除混凝土干縮和凝縮時的體積縮小，從而防止混凝土收縮開裂，并使混凝土致密化。抗?jié)B混凝土是防止?jié)B漏的，膨脹混凝土是防止混凝土凝固后的收縮變形產(chǎn)生的裂縫，抗裂也是抗?jié)B的一種技術(shù)措施。

抗?jié)B混凝土在地下室外墻及底板，即所有能與地下水發(fā)生直接接觸的部位以及其他有抗?jié)B、抗裂要求的混凝土工程，使用較多。

4.2摻膨脹劑的抗?jié)B混凝土混凝土的配合比設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）水膠比不宜大于 0.5；

（2）用于有抗?jié)B要求的補(bǔ)償收縮混凝土的水泥用量應(yīng)不小于 320kg/m3，當(dāng)摻入摻合料時，其水泥用量不應(yīng)小于280kg/m3。

4.3摻膨脹劑混凝土的檢驗及性能要求

（1）施工用補(bǔ)償收縮混凝土，其性能應(yīng)滿足表 3 的要求。

（2）填充用膨脹混凝土，其性能應(yīng)滿足表 4 的要求。

（3）摻膨脹劑的混凝土品質(zhì)，應(yīng)以抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率和限制干縮率的試驗值為依據(jù)。有抗?jié)B要求時，還應(yīng)做抗?jié)B試驗。

表3　補(bǔ)償收縮混凝土的性能

表4　填充用膨脹混凝土的性能

4.4大體積抗?jié)B混凝土的澆筑的緩凝時間要求

大體積混凝土在計劃澆筑區(qū)段內(nèi)連續(xù)澆筑混凝土，不宜中斷。混凝土澆筑以階梯式推進(jìn)，澆筑間隔時間不得超過混凝土的初凝時間，一般不少于 10 小時。混凝土終凝前，應(yīng)采用抹面機(jī)械或人工多次抹壓。

4.5摻膨脹劑抗?jié)B混凝土的經(jīng)濟(jì)性考慮

在混凝土中摻加膨脹劑采用超量取代法，成本明顯增加。如果采用膠材等量取代法，可節(jié)省一部分膠材，成本相對減少一些。因此在設(shè)計摻膨脹劑抗?jié)B混凝土?xí)r，盡量考慮膠材等量取代法。

5　小結(jié)

（1）控制混凝土原材料、選擇合適水膠比、摻用引氣劑性這三項措施是抗?jié)B混凝土的基本配制方法，它可滿足一些沒有特殊要求的抗?jié)B混凝土；如果設(shè)計圖紙有要求，可根據(jù)需要增加膨脹劑或其它外加劑品種。

（2）摻加膨脹劑可防止混凝土收縮開裂并增加致密性，如設(shè)計圖紙有明確要求摻用膨脹劑的或使用部位有要求的，必須摻配，否則不能進(jìn)行工程驗收。

（3）任何抗?jié)B混凝土最后必須要進(jìn)行抗?jié)B試驗驗證，按照設(shè)計配合比進(jìn)行試配，以實測抗?jié)B等級降低 0.2MPa 使用。

（4）加膨脹劑并不等于抗?jié)B性就好，如果加膨脹劑的混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，更容易出現(xiàn)裂縫，因此，澆筑完成的混凝土必須按照施工要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

[1] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，2005．

[2] 雍本．特種混凝土設(shè)計與施工[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993．

[3] GBJ 50119－2003．混凝土膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]．

［通訊地址］河北三楷深發(fā)科技股份有限公司（051430）

李茜茜（1988—），女，碩士，助理工程師，河北三楷深發(fā)科技股份有限公司，研發(fā)方向：混凝土外加劑。