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【摘 要】膨胀剂在水泥水化和硬化阶段，膨胀剂既可本身产生膨胀，也可与水泥混凝土中其他成分反应产生膨胀。常用于工程中的后浇带施工，或其他需要通过补偿收缩、减少开裂的工程部位。本文讨论来了膨胀剂对混凝土性能的技术要点。
【关键词】膨胀剂；应用；技术要点；注意事项
Techniques and precautions expansive application
Xu Zuo-zi1，Sun Xiao-yan2，Chen Yong-gang1
（1.Construction Group Co.， Ltd. Zhejiang Yu Jian Shaoxing Zhejiang 312000；
2.Zhe Jiang Kunmao Construction Co.， Ltd Shaoxing Zhejiang 312000）
【Abstract】Expansive cement hydration and hardening phase， expanders can inflate itself， but also concrete react with other ingredients to produce expansion. After pouring commonly used in the project with the construction， or other needs by compensating for shrinkage， reduce cracking of the project site. This article discusses techniques to the expansive properties of concrete.
【Key words】Expanders；Application；Technical points；Precautions
膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控膨胀，减少收缩的外加剂。在水泥水化和硬化阶段，膨胀剂既可本身产生膨胀，也可与水泥混凝土中其他成分反应产生膨胀。常用于工程中的后浇带施工、补偿收缩、混凝土自防水、抗渗、防裂和自应力混凝土。本文讨论来了膨胀剂对混凝土性能的技术要点。
1. 膨胀剂的应用范围
1.1 补偿收缩混凝土。
混凝土在凝结硬化过程中要产生大约相当于自身体积0.04%～0.06%的收缩，当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝，这些裂缝的存在和不断扩展又会导致渗漏、腐蚀破坏，因而影响了混凝土耐久性。膨胀剂的作用在于混凝土凝结硬化的初期1～4d龄期内产生一定的体积膨胀，用以补偿混凝土收缩。用膨胀剂产生的自应力来抵消收缩应力，从而保持混凝土的体积稳定性。因此膨胀应是一种混凝土防裂、密实的好材料。特别是对大体积混凝土由于体积大，收缩应力也大，混凝土水化放热造成的温差冷缩也严重，因此考虑用化学方法来补偿收缩也是十分必要的。如大型基础后浇带、混凝土构件补强、设备基础二次灌浆、地脚螺栓固定、梁柱接点浇筑以及钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、预填集料混凝土、高速公路、机场跑道、桥梁等。
1.2 混凝土自防水。
许多混凝土构筑物有防水、防渗要求，除采取混凝土外部的防水处理外，混凝土的结构自防水也是非常重要的。膨胀剂常常用来做混凝土结构自防水材料。如用于地下防水工程、地下室、地下建筑混凝土工程、地铁、贮水池、游泳池、屋面防水工程等。
1.3 自应力混凝土。
混凝土在掺人膨胀剂后，除补偿自身收缩外，在限制条件下还保留一部分的膨胀能力形成自应力混凝土。其自应力值在0.7～7N/mm2真。也就是说混凝土还具有一定的内能形成了膨胀预应力。自应力混凝土可用于有压容器、水池、自应力管道、桥梁、；预应力钢筋混凝土、预应力混凝土以及需要预应力的各种混凝土结构。
1.4 防裂密实作用。
用于坑道、井筒、井巷、隧道、涵洞等围护、支护结构混凝土以及喷射混凝土中，起到密实、防裂、抗渗作用。
2. 膨胀剂应用的技术要点
膨胀作用的发挥除了和膨胀剂本身的成分和作用有关外，还和水泥及混凝土膨胀的条件有关。膨胀剂的膨胀作用除了有大小不同之处外更重要是合理地发挥时间。膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一定的速率增长，才能发挥最佳效果。如果太早则因强度不够，或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力被吸收而发挥不出来；如果膨胀太迟则又会因混凝土已具备较高强度，膨胀作用又可能破坏了已形成的结构。因此了解各种因素的影响，控制好膨胀剂的最佳膨胀作用时间与强度是收到良好效果的必要条件。
2.1 水泥的影响。
对硫铝酸盐型膨胀剂来说，不同的水泥其膨胀率是不一样的，水泥的质量对水中养护、空气养护的膨胀率、抗压强度、抗折强度影响都不一样。主要与水泥中熟料成分有关。
（1）膨胀率随水泥中Al2O3、SO3含量的增加而增加。
（2）矿渣水泥膨胀率大于硅酸盐水泥及普通水泥。
（3）水泥用量也影响膨胀率。水泥用量大，膨胀值就高；水泥用量低，膨胀值低。日本规定掺膨胀剂的混凝土水泥用量不得低于290Kg/m3。水泥标号低则膨胀值大；水泥标号高则膨胀值小。
2.2 养护条件的影响。
（1）养护条件对掺膨胀剂的混凝土非常重要。膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇筑的初期，一般在14d以后其膨胀率就趋于稳定。这时也是水泥水化的重要阶段，两者之间就有“争水”现象。如果养护不好就有可能出现：或者由于硫铝酸钙水化不充分形不成足够的膨胀值，或者膨胀速率大于水泥水化速度而影响了强度的发展甚至膨胀力被尚有塑性的混凝土“吸收”。 （2）曾有一些施工单位提出“不掺膨胀剂还好，一掺反而有裂缝了，实际上膨胀剂防止裂缝不是万能的，必须与诸多条件配合起来才能奏效。其中养护不好是在施工中最容易出现的问题，尤其是在炎热或者干燥的天气”。
2.3 温度、湿度的影响。
（1）温度变化不但影响膨胀剂的膨胀速率而且还影响膨胀值，温度过高混凝土坍落度损失大，极限膨胀值减小，温度太低膨胀速率减慢且极限膨胀值也减小。如20℃自由膨胀率为0.08%，而在0℃左右时降至0.007%。在龄期40d时，20℃养护时自由膨胀率达0.1%，而1℃时只有0.042%。因此最适合的养护温度为18～25℃，而最低不应低于5℃，冬季施工应采用其他辅助手段。
（2）湿度影响也很重要，因为任何膨胀剂的膨胀反应均离不开水，尤其是硫铝酸盐系膨胀剂。因为生成钙矾石需要大量水，钙矾石分子中有32个水分子，更需要大湿度的环境。尤其是在混凝土浇筑的早期，如果湿度不够，那么即使是延长养护时间也再难达到极限膨胀值。
（3）掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土在干燥状态下，均会引起自身的体积收缩，但如果恢复到潮湿环境或浸入水中，掺膨胀剂的混凝土重新恢复膨胀，因收缩产生的裂纹可能重新闭合恢复原状；，这就是膨胀混凝土的自愈作用。而普通混凝土的干缩是不可逆的，这种性能对掺膨胀剂混凝土的防水、防渗作用是十分有利的。
2.4 混凝土配筋率的影响。
膨胀混凝土的膨胀应力与限制条件有很大关系，而在钢筋混凝土中配筋率是主要的限制条件。试验证明，在一定条件下存在一个最佳配筋率的范围，在此范围内膨胀率不很高，但自应力值却较大。而配筋率过低时虽然膨胀变形大但自应力值不高，配筋率过高，膨胀率很小，自应力值也不高，而且不经济。一般当配筋率在0.2% ～ 1.5%范围内，钢筋混凝土的自应力值随配筋率的增加而增加。
3. 膨胀剂的品质对混凝土的影响
3.1 组成和细度。
（1）膨胀剂的组成是决定膨胀剂作用的关键。使用最多的硫铝酸盐型膨胀剂，其膨胀源主要是钙矾石的生成，在水泥中生成钙矾石的速度和数量主要受Al2O3和SO3含量的影响，其中SO3更起到控制作用。膨胀剂中SO3的含量高低可以基本上决定其掺量的大小。
（2）石灰系膨胀剂则主要决定于活性CaO含量的多少。
因此使用膨胀剂时必须了解其化学成分，由此推及其性能与掺量。
膨胀剂的细度也会影响其膨胀性能。这一点与水泥细度影响水泥强度的作用差不多。因为粉体细度直接影响其溶解速度，从而影响其生成钙矾石生成的时间和数量，改变膨胀作用在水泥不同强度下的发生时间，就会影响膨胀率和自应力值。换言之，可以通过改变膨胀剂的细度对强度——膨胀率的配合进行调整。
3.2 掺量。
（1）混凝土的自由膨胀率是随着膨胀剂掺量的增加而增加。不同组分的膨胀剂为达到同样效果，可通过调整掺量来实现。
（2）由于用途不同，膨胀剂在混凝土中的掺量也不同，用于补偿收缩、混凝土自防水、抗渗、防裂和自应力混凝土的掺量依次如下：
补偿收缩<抗渗、防裂<混凝土刚性自防水<自应力混凝土。
3.3 膨胀剂的贮存期影响。
凡是在膨胀剂生产中经过高温煅烧的、含有一些水泥熟料成分的膨胀剂，都容易遇水受潮而影响膨胀性能，如含硫铝酸钙熟料、硅铝酸盐熟料、铝酸钙熟料、生石灰都容易吸水生成钙矾石而失去活性。因此一般贮存期太长，如贮存不当受潮结硬则必须经过试验增加掺量使用，或者不能使用。而以天然明矾石及天然石膏为原料的明矾石膨胀剂贮存期可延长至l～2年。铁屑膨胀剂也须注意不能受潮生锈，即使是新鲜的膨胀剂也必须注意贮存不可露天存放。
4. 使用膨胀剂应注意的事项
（1）计量准确。 掺量对膨胀效果、膨胀时间均有影响。区别不同要求，按规定掺量准确计量、膨胀剂一般为内掺，故应按比例扣除水泥用量。
（2）加强搅拌。 膨胀剂一般为粉剂，为混合均匀，搅拌时间应适当延长12min。
（3）严格遵守养护制度，加强湿养护。有条件工程可以蓄水养护，因为膨胀剂使用中，要消耗大量水，因此早期必须湿养护，尤其是在14d之内，以保证早期膨胀量得以充分发挥，避免后期膨胀过大留下隐患。
（4）膨胀剂的补偿收缩和抗裂密实作用，增加混凝土的自应力作用都必须在限制的条件下产生，而不能无限制自由膨胀，因此拆模时间不能太早，一般不少于48h，以保证产生足够的膨胀应力。
参考文献
[1] 田培，王玲. 国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》应用指南 [M].中国标准出版社， 2009.
[2] 陈建奎. 《混凝土外加剂原理与应用》中国计划出版社， 2004.
[文章编号]1006-7619（2014）02-20-104
[作者简介] 徐佐子（1975.3-），男，籍贯：浙江绍兴，工作单位：浙江禹建建设集团有限公司，职称：助理工程师，研究方向：施工管理。
【关键词】膨胀剂；应用；技术要点；注意事项
Techniques and precautions expansive application
Xu Zuo-zi1，Sun Xiao-yan2，Chen Yong-gang1
（1.Construction Group Co.， Ltd. Zhejiang Yu Jian Shaoxing Zhejiang 312000；
2.Zhe Jiang Kunmao Construction Co.， Ltd Shaoxing Zhejiang 312000）
【Abstract】Expansive cement hydration and hardening phase， expanders can inflate itself， but also concrete react with other ingredients to produce expansion. After pouring commonly used in the project with the construction， or other needs by compensating for shrinkage， reduce cracking of the project site. This article discusses techniques to the expansive properties of concrete.
【Key words】Expanders；Application；Technical points；Precautions
膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控膨胀，减少收缩的外加剂。在水泥水化和硬化阶段，膨胀剂既可本身产生膨胀，也可与水泥混凝土中其他成分反应产生膨胀。常用于工程中的后浇带施工、补偿收缩、混凝土自防水、抗渗、防裂和自应力混凝土。本文讨论来了膨胀剂对混凝土性能的技术要点。
1. 膨胀剂的应用范围
1.1 补偿收缩混凝土。
混凝土在凝结硬化过程中要产生大约相当于自身体积0.04%～0.06%的收缩，当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝，这些裂缝的存在和不断扩展又会导致渗漏、腐蚀破坏，因而影响了混凝土耐久性。膨胀剂的作用在于混凝土凝结硬化的初期1～4d龄期内产生一定的体积膨胀，用以补偿混凝土收缩。用膨胀剂产生的自应力来抵消收缩应力，从而保持混凝土的体积稳定性。因此膨胀应是一种混凝土防裂、密实的好材料。特别是对大体积混凝土由于体积大，收缩应力也大，混凝土水化放热造成的温差冷缩也严重，因此考虑用化学方法来补偿收缩也是十分必要的。如大型基础后浇带、混凝土构件补强、设备基础二次灌浆、地脚螺栓固定、梁柱接点浇筑以及钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、预填集料混凝土、高速公路、机场跑道、桥梁等。
1.2 混凝土自防水。
许多混凝土构筑物有防水、防渗要求，除采取混凝土外部的防水处理外，混凝土的结构自防水也是非常重要的。膨胀剂常常用来做混凝土结构自防水材料。如用于地下防水工程、地下室、地下建筑混凝土工程、地铁、贮水池、游泳池、屋面防水工程等。
1.3 自应力混凝土。
混凝土在掺人膨胀剂后，除补偿自身收缩外，在限制条件下还保留一部分的膨胀能力形成自应力混凝土。其自应力值在0.7～7N/mm2真。也就是说混凝土还具有一定的内能形成了膨胀预应力。自应力混凝土可用于有压容器、水池、自应力管道、桥梁、；预应力钢筋混凝土、预应力混凝土以及需要预应力的各种混凝土结构。
1.4 防裂密实作用。
用于坑道、井筒、井巷、隧道、涵洞等围护、支护结构混凝土以及喷射混凝土中，起到密实、防裂、抗渗作用。
2. 膨胀剂应用的技术要点
膨胀作用的发挥除了和膨胀剂本身的成分和作用有关外，还和水泥及混凝土膨胀的条件有关。膨胀剂的膨胀作用除了有大小不同之处外更重要是合理地发挥时间。膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一定的速率增长，才能发挥最佳效果。如果太早则因强度不够，或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力被吸收而发挥不出来；如果膨胀太迟则又会因混凝土已具备较高强度，膨胀作用又可能破坏了已形成的结构。因此了解各种因素的影响，控制好膨胀剂的最佳膨胀作用时间与强度是收到良好效果的必要条件。
2.1 水泥的影响。
对硫铝酸盐型膨胀剂来说，不同的水泥其膨胀率是不一样的，水泥的质量对水中养护、空气养护的膨胀率、抗压强度、抗折强度影响都不一样。主要与水泥中熟料成分有关。
（1）膨胀率随水泥中Al2O3、SO3含量的增加而增加。
（2）矿渣水泥膨胀率大于硅酸盐水泥及普通水泥。
（3）水泥用量也影响膨胀率。水泥用量大，膨胀值就高；水泥用量低，膨胀值低。日本规定掺膨胀剂的混凝土水泥用量不得低于290Kg/m3。水泥标号低则膨胀值大；水泥标号高则膨胀值小。
2.2 养护条件的影响。
（1）养护条件对掺膨胀剂的混凝土非常重要。膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇筑的初期，一般在14d以后其膨胀率就趋于稳定。这时也是水泥水化的重要阶段，两者之间就有“争水”现象。如果养护不好就有可能出现：或者由于硫铝酸钙水化不充分形不成足够的膨胀值，或者膨胀速率大于水泥水化速度而影响了强度的发展甚至膨胀力被尚有塑性的混凝土“吸收”。 （2）曾有一些施工单位提出“不掺膨胀剂还好，一掺反而有裂缝了，实际上膨胀剂防止裂缝不是万能的，必须与诸多条件配合起来才能奏效。其中养护不好是在施工中最容易出现的问题，尤其是在炎热或者干燥的天气”。
2.3 温度、湿度的影响。
（1）温度变化不但影响膨胀剂的膨胀速率而且还影响膨胀值，温度过高混凝土坍落度损失大，极限膨胀值减小，温度太低膨胀速率减慢且极限膨胀值也减小。如20℃自由膨胀率为0.08%，而在0℃左右时降至0.007%。在龄期40d时，20℃养护时自由膨胀率达0.1%，而1℃时只有0.042%。因此最适合的养护温度为18～25℃，而最低不应低于5℃，冬季施工应采用其他辅助手段。
（2）湿度影响也很重要，因为任何膨胀剂的膨胀反应均离不开水，尤其是硫铝酸盐系膨胀剂。因为生成钙矾石需要大量水，钙矾石分子中有32个水分子，更需要大湿度的环境。尤其是在混凝土浇筑的早期，如果湿度不够，那么即使是延长养护时间也再难达到极限膨胀值。
（3）掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土在干燥状态下，均会引起自身的体积收缩，但如果恢复到潮湿环境或浸入水中，掺膨胀剂的混凝土重新恢复膨胀，因收缩产生的裂纹可能重新闭合恢复原状；，这就是膨胀混凝土的自愈作用。而普通混凝土的干缩是不可逆的，这种性能对掺膨胀剂混凝土的防水、防渗作用是十分有利的。
2.4 混凝土配筋率的影响。
膨胀混凝土的膨胀应力与限制条件有很大关系，而在钢筋混凝土中配筋率是主要的限制条件。试验证明，在一定条件下存在一个最佳配筋率的范围，在此范围内膨胀率不很高，但自应力值却较大。而配筋率过低时虽然膨胀变形大但自应力值不高，配筋率过高，膨胀率很小，自应力值也不高，而且不经济。一般当配筋率在0.2% ～ 1.5%范围内，钢筋混凝土的自应力值随配筋率的增加而增加。
3. 膨胀剂的品质对混凝土的影响
3.1 组成和细度。
（1）膨胀剂的组成是决定膨胀剂作用的关键。使用最多的硫铝酸盐型膨胀剂，其膨胀源主要是钙矾石的生成，在水泥中生成钙矾石的速度和数量主要受Al2O3和SO3含量的影响，其中SO3更起到控制作用。膨胀剂中SO3的含量高低可以基本上决定其掺量的大小。
（2）石灰系膨胀剂则主要决定于活性CaO含量的多少。
因此使用膨胀剂时必须了解其化学成分，由此推及其性能与掺量。
膨胀剂的细度也会影响其膨胀性能。这一点与水泥细度影响水泥强度的作用差不多。因为粉体细度直接影响其溶解速度，从而影响其生成钙矾石生成的时间和数量，改变膨胀作用在水泥不同强度下的发生时间，就会影响膨胀率和自应力值。换言之，可以通过改变膨胀剂的细度对强度——膨胀率的配合进行调整。
3.2 掺量。
（1）混凝土的自由膨胀率是随着膨胀剂掺量的增加而增加。不同组分的膨胀剂为达到同样效果，可通过调整掺量来实现。
（2）由于用途不同，膨胀剂在混凝土中的掺量也不同，用于补偿收缩、混凝土自防水、抗渗、防裂和自应力混凝土的掺量依次如下：
补偿收缩<抗渗、防裂<混凝土刚性自防水<自应力混凝土。
3.3 膨胀剂的贮存期影响。
凡是在膨胀剂生产中经过高温煅烧的、含有一些水泥熟料成分的膨胀剂，都容易遇水受潮而影响膨胀性能，如含硫铝酸钙熟料、硅铝酸盐熟料、铝酸钙熟料、生石灰都容易吸水生成钙矾石而失去活性。因此一般贮存期太长，如贮存不当受潮结硬则必须经过试验增加掺量使用，或者不能使用。而以天然明矾石及天然石膏为原料的明矾石膨胀剂贮存期可延长至l～2年。铁屑膨胀剂也须注意不能受潮生锈，即使是新鲜的膨胀剂也必须注意贮存不可露天存放。
4. 使用膨胀剂应注意的事项
（1）计量准确。 掺量对膨胀效果、膨胀时间均有影响。区别不同要求，按规定掺量准确计量、膨胀剂一般为内掺，故应按比例扣除水泥用量。
（2）加强搅拌。 膨胀剂一般为粉剂，为混合均匀，搅拌时间应适当延长12min。
（3）严格遵守养护制度，加强湿养护。有条件工程可以蓄水养护，因为膨胀剂使用中，要消耗大量水，因此早期必须湿养护，尤其是在14d之内，以保证早期膨胀量得以充分发挥，避免后期膨胀过大留下隐患。
（4）膨胀剂的补偿收缩和抗裂密实作用，增加混凝土的自应力作用都必须在限制的条件下产生，而不能无限制自由膨胀，因此拆模时间不能太早，一般不少于48h，以保证产生足够的膨胀应力。
参考文献
[1] 田培，王玲. 国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》应用指南 [M].中国标准出版社， 2009.
[2] 陈建奎. 《混凝土外加剂原理与应用》中国计划出版社， 2004.
[文章编号]1006-7619（2014）02-20-104
[作者简介] 徐佐子（1975.3-），男，籍贯：浙江绍兴，工作单位：浙江禹建建设集团有限公司，职称：助理工程师，研究方向：施工管理。