高效減水劑及膨脹劑復合作用對大體積混凝土性能及裂縫控制的影響

張 瓊

（1.安徽農業大學經濟技術學院工程系 安徽 合肥 230601；2.安徽涉外經濟職業學院工程系 安徽 合肥 230601)

1.混凝土膨脹劑

在混凝土凝結硬化的過程中，可以讓混凝土發生化學反應從而使得混凝土的體積膨脹的一種外加劑即是混凝土膨脹劑。澆筑后的混凝土，由于其內部水分的不斷蒸發，會在混凝土當中出現一定程度的收縮，這種收縮的情形在大體積混凝土的施工當中尤為常見，由于混凝土自身的延伸性比較弱，收縮就經常會導致大體積混凝土發生開裂。為了補償混凝土的收縮，可以適度摻加膨脹劑讓混凝土發生膨脹，這就是膨脹劑的作用。但混凝土的膨脹劑不是在混凝土配方之外摻加而是等量取代水泥的，為了讓膨脹劑的作用可以更好地發揮，常常在混凝土中摻加約8%左右的膨脹劑以等量取代水泥。

按照摻入膨脹劑的混凝土水化產物的類型不同，在《混凝土膨脹劑》中將混凝土的膨脹劑分為四種類型：

1.1 硫鋁酸鈣類膨脹劑

這種膨脹劑的膨脹機理是由于水化的過程中產生出來的硫鋁酸鈣而導致體積膨脹的，水化產物是高硫型水化硫鋁酸 （C3A·3CaSO4·32H2O），由于它與鈣礬石（一種天然礦物）的晶體結構和化學組成極為相似，所以又稱其為鈣釩石。目前市場上比較多的鈣釩石類膨脹劑有UEA、CSA、EA-L 等。

（1）EA-L膨脹劑，也稱為明礬石膨脹劑。這種膨脹劑的主要礦物成分是硫酸鋁鉀（KAl3(SO4)2(OH)6），其水化反應為：2[KAl3(SO4)2(OH)6]+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O=3(C3A·3CaSO4·32H2O)+2KOH。

（3）UEA膨脹劑。這是應用在我國最廣的一種膨脹劑，主要成分由硫鋁酸鈣、石膏、明礬石等組成，所以它由和KAl3(SO4)2(OH)6共同與水水化反應，其反應式為：

1.2 氧化鈣類膨脹劑

利用氧化鈣與水的作用：（CaO+H2O=Ca(OH)2），使得生成氫氧化鈣時發生膨脹，而達到抵抗收縮的目的。但是，由于氫氧化鈣的防滲性和膠凝性都比較差，膨脹的速度很快，主要在混凝土的澆筑早期完成，目前在我國使用不太多。

1.3 氧化鎂類膨脹劑

氧化鎂類膨脹劑是以含有MgO的MgCO3為原料，與水、水泥拌和在一起水化生成氫氧化鎂，使得混凝土固相體積增大的一類膨脹劑。其化學反應為：MgO+H2O=Mg(OH)2。

1.4 復合類膨脹劑

這種膨脹劑結合了硫鋁酸鈣類膨脹劑和氧化鈣類膨脹劑的特點，早期膨脹依靠氫氧化鈣，中后期的膨脹就由鈣釩石來提供。如膨脹劑等。其水化反應如下：

2.減水劑

減水劑指的是在保持混凝土的坍落度基本不發生變化的情況下，摻加在混凝土中可以減少混凝土需水量的一種外加劑。最初是以木質素磺酸鹽為代表的普通減水劑，隨著對減水劑研究的不斷深入，涌現出了如萘系、聚羧酸類等高效減水劑等。

3.混凝土膨脹劑與高效緩凝減水劑的復合作用對大體積混凝土性能及裂縫控制的影響

本文以安慶市某寫字樓的基礎大體積混凝土工程為研究對象，對于高效緩凝減水劑及膨脹劑添加前后的混凝土抗壓強度和坍落度進行對比，并對比不同類型、摻量的高效緩凝減水劑及膨脹劑對混凝土抗壓強度及坍落度的影響。試驗對于混凝土強度為C50的泵送大體積混凝土摻加不同外加劑情況進行比較，其相關物理力學性能如下表3.1、3.2 所示：

表3.1 三天抗壓強度對比表

在表3.1中，序號1測試的是未摻加任何外加劑的混凝土性能情況，可以看到三天混凝土的抗壓強度為零，坍落度只有55mm。而對比摻加了外加劑的其它2、3、4、5四種混凝土，它們三天混凝土的抗壓強度均保持在30Mpa左右，最高的是摻加了UEA-III+PC-1016外加劑的混凝土，三天混凝土的抗壓強度達到36.7Mpa，而坍落度也相比較不摻加外加劑的混凝土增加了很多，最高的是使用CAS+QS-8020外加劑的混凝土，澆筑后的混凝土坍落度能夠達到210mm，可以看到，摻加了外加劑的大體積混凝土的早期抗壓強度可以得到明顯提高，坍落度也相比較不摻加外加劑的混凝土增加了許多，這為泵送混凝土提供了便利。

表3.2 C50混凝土摻不同外加劑的坍落度變化一覽表

表3.2顯示的是摻加不同種類的外加劑后混凝土坍落度的變化情況，可以看到，沒有摻加外加劑的混凝土，在澆筑后的30分鐘以內其坍落度就基本回落沒有了，而摻加了外加劑的混凝土，其坍落度均可以在30分鐘內保持一定大小，其中坍落度保持最好的是摻加了CAS+QS-8020外加劑的混凝土，30分鐘以內僅回落了40mm，60分鐘依然可以保持在140mm，根據《混凝土泵送施工技術規程》規定，不同泵送高度入泵時混凝土坍落度應滿足表3.3的取值要求：

表3.3 不同泵送高度入泵時混凝土坍落度選用值

由此可見，摻加了CAS+QS-8020外加劑的混凝土是基本符合泵送混凝土的要求的。

除了試驗外加劑的摻加對大體積混凝土性能的影響外，本文還將混凝土分為不摻加外加劑和摻加UEA-III+PC-1016復合外加劑兩種情況，比對這兩種情況下混凝土的用水量和水泥用量大小，以得出外加劑對裂縫控制作用的結論。試驗以配制 C35的泵送混凝土為例，定義其抗滲等級為S8，坍落度達到160-180mm，水灰比為0.46，比對這兩種情況下混凝土的用水量和水泥用量如下表3.4所示：

表3.4 外加劑摻加前后混凝土的水泥用量及需水量對照表

通過以上表格可以看到，使用外加劑后，混凝土中水泥用量、需水量分別減少了64Kg/m3、45Kg/m3，以水泥用量每減少10Kg，可降低混凝土內部因水泥水化引起溫升大約7.3℃，由此可見，在大體積混凝土中，由于膨脹劑的摻加，減少了水泥的用量，降低水泥水化熱，加上高效減水劑的作用，混凝土的凝結時間發生顯著延緩，提高了大體積混凝土的抗裂性。