膨脹劑對混凝土性能的影響研究

劉菡

湖北建夷檢驗檢測中心有限公司 湖北宜昌 443000

在傳統的混凝土結構施工中，水泥以及粘土制品比如說磚以及加氣混凝土在世界各地的建筑工程中得到了較為廣泛的應用，同時其生產能源消耗巨大以及排放出大量的二氧化碳，目前一種全新的混凝土引起了人們的關注，在混凝土之中加入膨脹劑促使混凝土在泡沫劑的影響下，使得體內出現了大量的氣孔。

1 膨脹劑概述

自密實混凝土（Self Compacting Concrete，簡稱SCC）最早是上世紀八十年代中期由日本研究人員Okamura進行試驗研究得出，他在進行試驗之后得出了SCC的配合比，并成功將其制備出來。SCC具有免于振搗，降低噪音，同時避免混凝土分布不均等問題。Frank Dehn對SCC進行配合比調整試驗之后，了解到添加粉煤灰能夠促進SCC早期強度發展。

混凝土中摻加膨脹劑制成補償收縮混凝土是目前工程中最常用的從材料角度抑制混凝土收縮變形的措施之一，不僅在隧道、橋梁、地下空間等抗裂防滲要求較高的鋼筋混凝土工程中得到大量應用，也在鋼管混凝土拱橋、超高層結構鋼管柱等體積穩定性要求高的填充性混凝土工程中得到使用。根據水化產物的不同，常用的膨脹劑有硫鋁酸鈣型、CaO型、MgO型以及上述幾種的復合等。作為一類外加劑，膨脹劑摻入后對混凝土自收縮、干燥收縮及力學性能的影響已有大量研究，并得到一些普遍共識規律。但其對混凝土徐變性能的影響研究較少，已有少量研究主要集中于硫鋁酸鈣型膨脹劑。

膨脹劑中的膨脹源能夠通過水化反應生成鈣礬石、氫氧化鈣等產物，其水化產物在吸水、結晶等過程中引起體積膨脹.減縮劑則可以減小混凝土內部毛細孔內溶液的表面張力，由此降低毛細管應力，減小自收縮[1]。

2 膨脹劑對混凝土性能的影響研究

2.1 抗壓強度

可以得出，膨脹劑對UHPC的抗壓強度有著較大的影響，同時也會從總體上提升膨脹劑摻量的提升，促使UHPC抗壓強度的增加，同時在加入大約3%的MgO膨脹劑之時，UHPC的抗壓強度會有著一定提升的提升，同時在摻量提升下，抗壓強度也會慢慢降低，MgO膨脹劑摻量大約為8%的UHPC其試塊28d強度同基準組進行比較來說會降低大約18.75%；HCSA膨脹劑的加入，給UHPC抗壓強度帶來負面影響，并隨著摻量提高，作用越明顯。

同時一些少量的MgO膨脹劑會在內部出現微膨脹實現對孔隙進行填充，導致結構較為緊密，方便提升UHPC的強度，進而提升膨脹劑摻量，膨脹量也會提升，造成了UHPC內部拉應力的出現，造成缺陷的增加，黏結強度的減少，導致抗壓強度的降低，HCSA膨脹劑早期膨脹量比較大，總體反應比較快，會同水泥爭奪水分，導致水泥水化度的降低，影響到UHPC的抗壓強度。

是當摻入量較低時，會因外加HCSA發生水化形成微量鈣礬石，將混凝土制備中產生的內部孔隙彌合。對自收縮形成空洞起到補償作用，有助于混凝土早期強度提高，但當摻量大幅提高后，因限制膨脹率的增大，會在混凝土內部形成膨脹損傷，相對影響后期強度。通過試驗數據分析，在不影響混凝土抗壓強度的情況下，綜合考慮摻量經濟性，建議HCSA摻入量區間設置為6%-10%[2]。

2.2 彈性模量

不摻量的鋼纖維UHPC拉伸初裂前，都會處在彈性變形時期，在此階段應力同應變之間為正比，拉伸曲線基本為直線，斜率就是抗拉彈性模量。在本文中彈性模型指的是應力應變曲線1/3最大拉應力處對應的割線彈性模量，一般都會比壓縮彈模低一些，但是分析運算之時可以對其忽略不同，UHPC的彈模會隨著MgO的膨脹劑摻量增加，有了一定提升后接著降低，但是HCSA對于UHPC則會一直處在負面的影響中，同時摻入等量的膨脹劑，HCSA的影響同MgO膨脹劑的影響之間比較更加明顯，主要的原因是膨脹劑可以通過對基體孔隙率同界面過渡的密實度產生影響進而改變彈性模量。

2.3 抗氯離子滲透性

氯離子侵蝕會造成混凝土鋼筋中鈍化膜被削弱，也是造成混凝土內部鋼筋出現銹蝕，耐久性逐漸減弱和失效最為重要的原因，特別是在鹽堿土質或者是海洋暴露的土質環境中，此種耐久性劣化則會更加明顯。從這就可以看出的MgO膨脹劑的加入，會使得混凝土內部空隙結構得到改善，結構變得緊密，氯離子擴散難度增加，進而提升混凝土抗氯離子滲透性能[3]。

2.4 水化熱

MgO膨脹劑會導致得UHPC水化加速期斜率，導致水化放熱峰的延緩會出現，同時水化放熱的峰值也會慢慢降低。與此同時，UHPC累積水化放熱量也會逐漸降低，主要是因為MgO活性比較低，反應速度比較慢，同時水化放熱速率與放熱量均小于水泥的水化。不同于MgO膨脹劑的作用。

3 結語

加入膨脹劑的混凝土，具有流動性好、隔熱隔音、耐火性能好、重量輕等特點。混凝土在實際生產過程中使用的水泥量和骨料比較少，此種高流動性混凝土具備著改善和和易性的優勢，可以幫助澆筑擁擠或者是形狀較為復雜的構件，同時降低結構自重出現的荷載。