论文部分内容阅读
摘要：混凝土膨胀剂作为主导外加剂品种之一，应用日趋广泛，但问题也越来越多，本文对此进行了研究。
关键词：混凝土；膨胀剂；应用；问题；探讨
中图分类号：TU528.042.4 文献标识码：A
引言
在混凝土中掺用适量膨胀剂以补偿收缩，是防止或减小混凝土开裂行之有效的方法。近年来，我国使用膨胀剂的工程量增长很快，使用范围不断扩大，产量增长的速度在世界上也是少有的。但是，不成功的例子也随之增加，有些施工部门对膨胀剂的作用表示怀疑，甚至拒绝使用。究其原因，并非膨胀剂本身之过，而是对膨胀剂缺少了解，缺乏辨证的观点和态度，生产和使用中都有一定的盲目性。除了生产厂家分散，技术指导力量不足，以至产品质量波动较大，缺少售后技术指导和服务等问题外，大量一线技术人员对混凝土材料科学技术的认识仍停留在十年甚至几十年的水平，不能正确使用膨胀剂，甚至有人误认为只要掺入膨胀剂混凝土就不裂。这是造成膨胀剂使用不成功的重要原因。实际上，任何产品和技术都不是万能的，都有其適用范围和专门的使用方法，必须具体问题具体分析。正确使用，会得到理想的效果，使用不当，则适得其反。在这里，就现有的理解，对目前常用膨胀剂使用中的问题做一些分析。
1 混凝土技术变化对膨胀剂使用的影响
1.1混凝土水灰比变化的影响
我国膨胀剂的研制开发已有40多年的历史。对膨胀剂性质的研究是在当时混凝土常用水灰比为0.5左右的情况下进行的，膨胀水泥的膨胀率随水灰比的减小而增加是因为，较大的水灰比的混凝土中的孔隙率可吸收较多的膨胀能，而较致密的混凝土才能产生较大的膨胀。近年来，高性能混凝土的推广应用使常用水灰比下降到0.45甚至0.4以下，高强混凝土的水灰比常在0.3左右。尽管在理论上，完全水化的水泥结合水量占水泥质量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率的水灰比为0.438，实际上，即使水灰比为0.5左右，随着水化的不断进行，水化物增多，自由水减少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水随水灰比的降低而减少，膨胀剂中重要组分的容出量随自由水的降低而减少。因此，当水灰比很低时，膨胀剂参与水化而产生膨胀的组分数量会受到影响，那么，早期未参与水化的膨胀剂组分，在混凝土使用期间合适的条件下，可能生成二次钙矾石而破坏混凝土结构，“水灰比即使低到0.3，仍有足够的水分来保证生成膨胀组分”的说法，无疑是错误的。
1.2矿物细掺料对膨胀的影响
在混凝土中掺入一定量的某些低钙矿物细掺料，如磨细矿渣、粉煤灰等，对任何原因等引起的膨胀都有抑制作用。但是有些矿物细掺料如天然沸石岩则在早期对膨胀有促进的作用，28d以后才有抑制作用；掺量达到30%时，则膨胀基本上不再随龄期而增长。
2 工程条件变化引起膨胀剂使用中的问题
膨胀水泥最早多用于修补，浆锚接头或节点、接缝的灌浆，进而发展到地下室或屋面刚性防水面层以及水池、储水罐等，自应力混凝土用于有压力或无压力管以及压力管接头等，使用的部位多为较薄断面。近年来高层、大跨度建筑物发展迅速，期望使用膨胀剂抗裂、防水的工程增多，因而发展到用于大体积的基础底板、厚度较大的墙以及梁、板、柱等结构混凝土中。则大体积混凝土内部温升，重载、高层建筑基础等的高配筋率、无基底约束的楼板配筋率不足等膨胀剂作用的条件也随之发生变化。
2.1用于大体积混凝土时温升的影响
混凝土强度提高，流动性增大，则水泥用量增多，较大体积的混凝土中温升增高。取代等量的水泥膨胀剂，由于含铝相组分和石灰的水化热较大，并不会降低混凝土的温升，反而可能使混凝土温升有所提高。当在水会比为0.45左右、使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥而掺入膨胀剂时，混凝土的决热温升可达55摄氏度，对于厚度超过1米的基础底板，在常温下，其混凝土内部的温度会超过75摄氏度。如果施工中控制不当，膨胀剂产生的膨胀应力不足以补偿温差应力时，就会发生开裂。
2.2约束条件与膨胀的关系
对于水泥混凝土，无约束的自由收缩不会引起开裂，有约束的收缩在内部产生拉应力达到某值时必然引起收缩；而无约束的自由膨胀会使混凝土内部疏松，甚至开裂，约束下的膨胀则使混凝土内部紧密，补偿混凝土的收缩。在建筑物中的水泥混凝土都处于诸如钢筋、模板、基底以及相邻部位的约束下，各种原因引起的收缩都会产生不同程度的开裂。掺用膨胀剂的作用是利用约束下的膨胀变形来补偿收缩变形。将早期膨胀和结束湿养护后的收缩相叠加不产生使混凝土中出现拉应力的负变形，则裂缝就能完全防止。因此，不能只丛砂浆和混凝土自由的膨胀和收缩来讨论裂缝的防止，必须同时考虑约束的条件，约束必须恰当：约束太小时，产生过大的膨胀，会削弱混凝土的强度，甚至开裂；约束太大时，膨胀率太小，不足以补偿收缩。
3 施工及检验中的问题
目前对膨胀剂的使用既无设计规程，也无施工规程，只是在防水工程施工的规程中提到，使用膨胀剂防水时必须加强养护，大体积混凝土必须分层浇筑，但是极少有人认真执行。主要存在以下几个问题：
3.1关于混凝土的搅拌
搅拌对于混凝土的匀质性具有关键性意义。目前采用强制式搅拌机，使用混凝土拌和物的匀质性得到提高，但仍不能忽视搅拌时间的影响。
普通混凝土发搅拌时间需达75s，才能得到最小的变异系数。对于高性能混凝土，由于水胶比低，又增加了诸多组分，搅拌时间应当更长，尤其是高效减水剂、膨胀剂等的掺量很少，搅拌时间不足时，会明显影响混凝土拌和物的匀质性。《高强混凝土和高性能混凝土设计与施工指南》规定总搅拌时间应不少于2min,而目前许多搅拌站的实际搅拌时间只有30s。其理由是用搅拌车运输时还要不断搅拌。但是搅拌车上的是自落式搅拌机，运输时不断搅拌的主要目的是防止掺减水剂的混凝土拌和物因具有触变性质而假凝，与在搅拌站的强制式搅拌机的均匀搅拌是不同的。不掺膨胀剂时，混凝土是否均匀在表面上看不出，但掺膨胀剂后，由于膨胀剂在混凝土中分布不均匀，必然会因膨胀不均匀而引起开裂。有的工地预留掺膨胀剂的混凝土试块在养护过程中有的发生开裂，显然是因该部分拌和物含有过多的膨胀剂所致。
3.2关于混凝土的养护
保持充足的水分是水泥水化和膨胀剂组分反应的保证，因此水养护是掺膨胀剂的混凝土施工的重要措施。试验表明，在水养护下膨胀速率至少在14d以后才趋于缓和，《混凝土膨胀剂》将检测限制膨胀率 的水养护时间该成7d，以适应工地的实际情况。但是许多工地实际上浇水养护只能维持3d，或者不能保证连续浇水。高性能混凝土的水灰比很底，内部自由水少，需要及时加强连续浇水养护；加膨胀剂后，尤其需要重视早期连续浇水养护。一旦在早期没有及时浇水，或浇水中断，则混凝土内部毛细孔就会被切断，再恢复浇水时，水进不到内部，使水化消耗本来就很少的自由水后，产生较大的自收缩。
3.3关于设缝
掺用膨胀剂的混凝土仍应设置沉降缝、伸缩缝，伸缩缝间距可适量加大。过于增加伸缩缝间距虽然能取得一些施工便利，但对建筑物却会带来麻烦。一般不宜超过50-60米。完全不设缝的做法是不慎重的。配置钢筋网或采用后浇带的做法可以加长伸缩缝的间距。但是也不宜完全取消伸缩缝，而且后浇带的浇筑应当在已浇筑的掺膨胀剂混凝土收缩稳定后进行。一般，1个月收缩量为最终收缩是40%，3个月的收缩量是最终收缩量的60%。因此后浇缝至少应在3个月后浇筑，至少也要在膨胀结束后的1个月进行。而在实际工程中后浇带的浇筑往往在膨胀混凝土浇筑后的28d就进行了，甚至28d都等不到。因此就发生做了后浇带仍未避免开裂的情况。
3.4膨胀剂的检验
标准规定对膨胀剂使用小试件和标准纵向限制器进行检验，而实际结构中混凝土所受的约束是很难估计的，不仅有钢筋的约束，还有邻位的限制。钢筋的约束主要由钢筋和混凝土之间的粘结力来提供，与试验中主要由标准限制器两端钢板的约束是不同的。后者不仅约束程度大，而且约束产生的应力是均匀的，而前者约束力则在纵向是不均匀的。因此需要研究在实际工程中使用膨胀剂如何控制约束和膨胀的协调，以利膨胀剂效用的发挥。如何判断实际结构中膨胀剂的效能，尤其是在一些密筋的结构中。
4 结束语
（1）当前膨胀剂应用中出现一些问题，主要源于缺少对新形式和新条件下提出的问题进行深入的基础研究。科学研究是无止境的，任何技术都不会一劳永逸，总要不断修正，否定之否定，不断进步。
（2）建筑工程和施工技术的发展，对设计和施工人员的要求越来越高，应不断更新知识，提高素质，才能加以适应。对膨胀剂也必须具有专门的知识，采取正确使用技术，才能成功地使用。
（3）盲目生产、使用和发展的结果必定是绝对的肯定到决定的否定。受损失的不仅是生产者，更重要的是会使混凝土的技术进步走弯路。在当前市场经济的条件下，提高知识水平并舍得投资进行科学研究才是生产厂家参与市场竞争有远见的明智之举。
参考文献：
[1]吴中伟.膨胀和自应力水泥及其应用.北京：中国建筑工业出版社.
[2]邱玉深.如何正确使用混凝土膨胀剂[J]；混凝土.
关键词：混凝土；膨胀剂；应用；问题；探讨
中图分类号：TU528.042.4 文献标识码：A
引言
在混凝土中掺用适量膨胀剂以补偿收缩，是防止或减小混凝土开裂行之有效的方法。近年来，我国使用膨胀剂的工程量增长很快，使用范围不断扩大，产量增长的速度在世界上也是少有的。但是，不成功的例子也随之增加，有些施工部门对膨胀剂的作用表示怀疑，甚至拒绝使用。究其原因，并非膨胀剂本身之过，而是对膨胀剂缺少了解，缺乏辨证的观点和态度，生产和使用中都有一定的盲目性。除了生产厂家分散，技术指导力量不足，以至产品质量波动较大，缺少售后技术指导和服务等问题外，大量一线技术人员对混凝土材料科学技术的认识仍停留在十年甚至几十年的水平，不能正确使用膨胀剂，甚至有人误认为只要掺入膨胀剂混凝土就不裂。这是造成膨胀剂使用不成功的重要原因。实际上，任何产品和技术都不是万能的，都有其適用范围和专门的使用方法，必须具体问题具体分析。正确使用，会得到理想的效果，使用不当，则适得其反。在这里，就现有的理解，对目前常用膨胀剂使用中的问题做一些分析。
1 混凝土技术变化对膨胀剂使用的影响
1.1混凝土水灰比变化的影响
我国膨胀剂的研制开发已有40多年的历史。对膨胀剂性质的研究是在当时混凝土常用水灰比为0.5左右的情况下进行的，膨胀水泥的膨胀率随水灰比的减小而增加是因为，较大的水灰比的混凝土中的孔隙率可吸收较多的膨胀能，而较致密的混凝土才能产生较大的膨胀。近年来，高性能混凝土的推广应用使常用水灰比下降到0.45甚至0.4以下，高强混凝土的水灰比常在0.3左右。尽管在理论上，完全水化的水泥结合水量占水泥质量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率的水灰比为0.438，实际上，即使水灰比为0.5左右，随着水化的不断进行，水化物增多，自由水减少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水随水灰比的降低而减少，膨胀剂中重要组分的容出量随自由水的降低而减少。因此，当水灰比很低时，膨胀剂参与水化而产生膨胀的组分数量会受到影响，那么，早期未参与水化的膨胀剂组分，在混凝土使用期间合适的条件下，可能生成二次钙矾石而破坏混凝土结构，“水灰比即使低到0.3，仍有足够的水分来保证生成膨胀组分”的说法，无疑是错误的。
1.2矿物细掺料对膨胀的影响
在混凝土中掺入一定量的某些低钙矿物细掺料，如磨细矿渣、粉煤灰等，对任何原因等引起的膨胀都有抑制作用。但是有些矿物细掺料如天然沸石岩则在早期对膨胀有促进的作用，28d以后才有抑制作用；掺量达到30%时，则膨胀基本上不再随龄期而增长。
2 工程条件变化引起膨胀剂使用中的问题
膨胀水泥最早多用于修补，浆锚接头或节点、接缝的灌浆，进而发展到地下室或屋面刚性防水面层以及水池、储水罐等，自应力混凝土用于有压力或无压力管以及压力管接头等，使用的部位多为较薄断面。近年来高层、大跨度建筑物发展迅速，期望使用膨胀剂抗裂、防水的工程增多，因而发展到用于大体积的基础底板、厚度较大的墙以及梁、板、柱等结构混凝土中。则大体积混凝土内部温升，重载、高层建筑基础等的高配筋率、无基底约束的楼板配筋率不足等膨胀剂作用的条件也随之发生变化。
2.1用于大体积混凝土时温升的影响
混凝土强度提高，流动性增大，则水泥用量增多，较大体积的混凝土中温升增高。取代等量的水泥膨胀剂，由于含铝相组分和石灰的水化热较大，并不会降低混凝土的温升，反而可能使混凝土温升有所提高。当在水会比为0.45左右、使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥而掺入膨胀剂时，混凝土的决热温升可达55摄氏度，对于厚度超过1米的基础底板，在常温下，其混凝土内部的温度会超过75摄氏度。如果施工中控制不当，膨胀剂产生的膨胀应力不足以补偿温差应力时，就会发生开裂。
2.2约束条件与膨胀的关系
对于水泥混凝土，无约束的自由收缩不会引起开裂，有约束的收缩在内部产生拉应力达到某值时必然引起收缩；而无约束的自由膨胀会使混凝土内部疏松，甚至开裂，约束下的膨胀则使混凝土内部紧密，补偿混凝土的收缩。在建筑物中的水泥混凝土都处于诸如钢筋、模板、基底以及相邻部位的约束下，各种原因引起的收缩都会产生不同程度的开裂。掺用膨胀剂的作用是利用约束下的膨胀变形来补偿收缩变形。将早期膨胀和结束湿养护后的收缩相叠加不产生使混凝土中出现拉应力的负变形，则裂缝就能完全防止。因此，不能只丛砂浆和混凝土自由的膨胀和收缩来讨论裂缝的防止，必须同时考虑约束的条件，约束必须恰当：约束太小时，产生过大的膨胀，会削弱混凝土的强度，甚至开裂；约束太大时，膨胀率太小，不足以补偿收缩。
3 施工及检验中的问题
目前对膨胀剂的使用既无设计规程，也无施工规程，只是在防水工程施工的规程中提到，使用膨胀剂防水时必须加强养护，大体积混凝土必须分层浇筑，但是极少有人认真执行。主要存在以下几个问题：
3.1关于混凝土的搅拌
搅拌对于混凝土的匀质性具有关键性意义。目前采用强制式搅拌机，使用混凝土拌和物的匀质性得到提高，但仍不能忽视搅拌时间的影响。
普通混凝土发搅拌时间需达75s，才能得到最小的变异系数。对于高性能混凝土，由于水胶比低，又增加了诸多组分，搅拌时间应当更长，尤其是高效减水剂、膨胀剂等的掺量很少，搅拌时间不足时，会明显影响混凝土拌和物的匀质性。《高强混凝土和高性能混凝土设计与施工指南》规定总搅拌时间应不少于2min,而目前许多搅拌站的实际搅拌时间只有30s。其理由是用搅拌车运输时还要不断搅拌。但是搅拌车上的是自落式搅拌机，运输时不断搅拌的主要目的是防止掺减水剂的混凝土拌和物因具有触变性质而假凝，与在搅拌站的强制式搅拌机的均匀搅拌是不同的。不掺膨胀剂时，混凝土是否均匀在表面上看不出，但掺膨胀剂后，由于膨胀剂在混凝土中分布不均匀，必然会因膨胀不均匀而引起开裂。有的工地预留掺膨胀剂的混凝土试块在养护过程中有的发生开裂，显然是因该部分拌和物含有过多的膨胀剂所致。
3.2关于混凝土的养护
保持充足的水分是水泥水化和膨胀剂组分反应的保证，因此水养护是掺膨胀剂的混凝土施工的重要措施。试验表明，在水养护下膨胀速率至少在14d以后才趋于缓和，《混凝土膨胀剂》将检测限制膨胀率 的水养护时间该成7d，以适应工地的实际情况。但是许多工地实际上浇水养护只能维持3d，或者不能保证连续浇水。高性能混凝土的水灰比很底，内部自由水少，需要及时加强连续浇水养护；加膨胀剂后，尤其需要重视早期连续浇水养护。一旦在早期没有及时浇水，或浇水中断，则混凝土内部毛细孔就会被切断，再恢复浇水时，水进不到内部，使水化消耗本来就很少的自由水后，产生较大的自收缩。
3.3关于设缝
掺用膨胀剂的混凝土仍应设置沉降缝、伸缩缝，伸缩缝间距可适量加大。过于增加伸缩缝间距虽然能取得一些施工便利，但对建筑物却会带来麻烦。一般不宜超过50-60米。完全不设缝的做法是不慎重的。配置钢筋网或采用后浇带的做法可以加长伸缩缝的间距。但是也不宜完全取消伸缩缝，而且后浇带的浇筑应当在已浇筑的掺膨胀剂混凝土收缩稳定后进行。一般，1个月收缩量为最终收缩是40%，3个月的收缩量是最终收缩量的60%。因此后浇缝至少应在3个月后浇筑，至少也要在膨胀结束后的1个月进行。而在实际工程中后浇带的浇筑往往在膨胀混凝土浇筑后的28d就进行了，甚至28d都等不到。因此就发生做了后浇带仍未避免开裂的情况。
3.4膨胀剂的检验
标准规定对膨胀剂使用小试件和标准纵向限制器进行检验，而实际结构中混凝土所受的约束是很难估计的，不仅有钢筋的约束，还有邻位的限制。钢筋的约束主要由钢筋和混凝土之间的粘结力来提供，与试验中主要由标准限制器两端钢板的约束是不同的。后者不仅约束程度大，而且约束产生的应力是均匀的，而前者约束力则在纵向是不均匀的。因此需要研究在实际工程中使用膨胀剂如何控制约束和膨胀的协调，以利膨胀剂效用的发挥。如何判断实际结构中膨胀剂的效能，尤其是在一些密筋的结构中。
4 结束语
（1）当前膨胀剂应用中出现一些问题，主要源于缺少对新形式和新条件下提出的问题进行深入的基础研究。科学研究是无止境的，任何技术都不会一劳永逸，总要不断修正，否定之否定，不断进步。
（2）建筑工程和施工技术的发展，对设计和施工人员的要求越来越高，应不断更新知识，提高素质，才能加以适应。对膨胀剂也必须具有专门的知识，采取正确使用技术，才能成功地使用。
（3）盲目生产、使用和发展的结果必定是绝对的肯定到决定的否定。受损失的不仅是生产者，更重要的是会使混凝土的技术进步走弯路。在当前市场经济的条件下，提高知识水平并舍得投资进行科学研究才是生产厂家参与市场竞争有远见的明智之举。
参考文献：
[1]吴中伟.膨胀和自应力水泥及其应用.北京：中国建筑工业出版社.
[2]邱玉深.如何正确使用混凝土膨胀剂[J]；混凝土.