如何正确使用混凝土膨胀剂

汉水之滨 · 发表于 2013-11-12 09:30:52

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如何正确使用混凝土膨胀剂

一、前言
经十多年来的开发应用，我国混凝土膨胀剂得到较广泛的应用，累计总量约200万吨，以膨胀剂平均掺量40kg/m3计，折合补偿收缩混凝土近5000万M3。其中UEA膨胀剂约占总量的80％左右。在各种抗裂防渗工程应用中总的效果是良好的。但随着用量的增大，有些设计、科研和高校的专家学者反映，补偿收缩混凝土工程裂渗事故有随用量激增而增多之势，值得我们深思和总结经验教训，只有这样才能把我国膨胀剂的开发应用沿着健康的方向发展。
我们根据我国膨胀剂生产质量现况和工程中应用存在的问题，结合产品标准和应用技术规范的修订，提出如何正确使用混凝土膨胀剂，可供设计、施工和混凝土搅拌站的技术人员参考。
二、怎样选用膨胀剂
膨胀剂主要功能是补偿混凝土硬化过程中的干缩和冷缩。为减免收缩开裂，它可以应用于各种抗裂防渗混凝土，尤其适用于与防水有关的地下、水工、海工、地铁、隧道和水电等钢筋混凝土结构工程。
选用膨胀剂时，首先检验它是否达到《混凝土膨胀剂》建材行业JC476-2001标准。主要看三项：一是碱含量≤0.75％，二是水中7d限制膨胀剂≥0.025％，三是掺量≤12％（北京市建委规定掺量≤8％才能入市）。现在许多省市已取消产品许可证，更要加强质检。对于重大工程，应到膨胀剂生产厂家考察其生产工艺线和化验仪器设备是否先进、齐全。在库房随机取样抽验，防止假冒伪劣膨胀剂流入市场。现在膨胀剂牌号近30个，同一品牌如UEA，全国有25个厂生产，不管哪家的膨胀剂，都应通过用户自检或委托有咨询单位复检，合格者才能使用，不合格者则拒用。甚至追究厂家的经济责任。
我国膨胀剂有三种类型：硫铝酸钙类（如UEA、AEA、PNC、FS、PPT等）氧化钙-硫铝酸钙类（如CEA）和氧化钙类。由于钙矾石（C3A?3CaSO4?32H2O）的化学稳定性和耐水性优良，国内外绝大多数生产硫铝酸钙类膨胀剂。CaO水化生成Ca(OH)2可以产生膨胀，但Ca(OH)2在压力水下易溶解，所以GBJ119规范中规定，含CaO膨胀剂不得使用在地下，海工等防水工程中，目前只有北京市有两家生产CEA。用户应根据不同性质的工程，选用恰当类型的膨胀剂。
有些厂家以高额回扣手段或者以贬低人家抬高自己的手段推销自己的膨胀剂，有的厂搞伪宣传，把膨胀剂吹成万能之药，遇到这些情况，请您提高警惕。不管怎样，用户都应随机抽样，按厂家推荐的掺量，检验其膨胀剂是否达标，才能决定取舍。凡膨胀剂中碱含量超过0.75%。掺量超过12％者，均属淘汰产品，不得使用。
三、如何确定补偿收缩混凝土的配合比
现在发现不少用户在使用膨胀剂时有些误区，主要有：
1．掺膨胀剂的补偿收缩混凝土配合比设计不明晰。膨胀剂是内掺还是外掺？当有粉煤灰等掺合料时，又如何设计？
按《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ119规定：膨胀剂掺量是按等量取代胶凝材料的内掺法。当基准混凝土的水泥用量为C0，膨胀剂掺量为K时，
      膨胀剂E =Ｃ0×K (kg/m3)
      水泥C＝C0－E （kg/m3）
当混凝土中掺入粉煤灰等掺合料（FA0）时，则膨胀剂分别取代水泥和粉煤灰，即：
   膨胀剂E＝（C0＋FA0）?K (kg/m3)
   粉煤灰Ｆ=FA0（1－K） (kg/m3)
   水泥C＝C0(1－K) （kg/m3）
在配制防渗混凝土时，按规范规定：水泥用量不得小于300kg/m3，如掺入粉煤灰等，则水泥用量不得小于280kg/m3。以此为基准设计掺膨胀剂的混凝土配合比。由于各厂的水泥和粉煤灰活性不同，各地砂石质量差异较大，施工选用混凝土的坍落度也不同，因此，试验室应根据以往的经验确定基准混凝土的水泥和粉煤灰单方用量，再按上式计算膨胀剂的掺量。
2．大多数施工单位和搅拌站只测掺膨胀剂混凝土的坍落度、强度和抗渗标号，不测混凝土的限制膨胀率，存在“－掺就灵”的盲目思想，这是使用膨胀剂最大误区。
根据GBJ119规范，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土的特性指标是：水中养护14d的限制膨胀率≥0.015％。测定方法是用100×100×300mm试件，中间预埋入Φ10mm限制钢筋骨架。当混凝土强度达到3～5MPa时脱模，用千分表测长仪测定初始长度，然后放入水中7d、14d测定其伸长率。测长仪和钢筋骨架可以从中国建材院水泥所或辽宁省瓦房店市仪器厂购进。
膨胀剂主要用途是补偿收缩，根据大量工程实践表明，防水工程的底板混凝土的限制膨胀率ε2＝0.02－0.025％，侧墙ε2＝0.03－0.035%，后浇带或膨胀加强带ε2＝0.035－0.045％为宜。不同的结构部位的抗裂要求不同，因此，膨胀剂掺量是不同的。由于膨胀剂与水泥和减水剂的应用性不同，试验表明，在同一配合比下，用冀东水泥的混凝土膨胀率较小，而用琉璃河、邯郸水泥的混凝土膨胀率较大。另外，实施后的ISO水泥标准，各厂为了达到ISO水泥标号，一般都把水泥熟料中C3S和C3A提高，水泥比表面积提高到350－400M2/kg，水泥收缩率会增大。这就说明，必须根据工地原材料试配补偿收缩混凝土，在满足混凝土坍落度、强度和抗渗标号情况下，必须达到限制膨胀率的设计要求，否则要调整膨胀剂掺量。有些单位把膨胀剂当防水剂使用，这是可以的。但一般防水剂只能提高混凝土抗渗性能，但不能抗裂。而膨胀剂首要解决混凝土结构的抗裂，不裂就不渗。而达到补偿收缩的抗裂作用，关键是混凝土膨胀率能否满足不同结构的补偿收缩要求。必须指出，厂家推荐的膨胀剂掺量只能作参考，据我们知道有些厂家的膨胀剂质量波动较大，有的甚至是“调包”的伪劣产品。因此，我们要检测混凝土的限制膨胀率，并以此作为配合比的主要依据。这就要求各单位混凝土试验室配备测限制膨胀率的仪器设备和检测人员。
3．许多单位反映，膨胀剂替代水泥后，混凝土强度下降，因而认为少掺膨胀剂有保险，这也是个误区。
研究表明，膨胀剂发生膨胀使用主要在1－7d，而强度试件是自由状态，钙矾石膨胀对水泥结构有微小破坏，所以7d抗压强度比空白混凝土下降10％左右属正常现象，而28d强度完全可以达到设计标号。在实际工程中，混凝土结构都受到钢筋和邻位的约束，我们试验表明，带模养护的膨胀混凝土试件的限制强度比自由强度高10-15％。所以，不必担心掺膨胀剂的混凝土强度下降。不能以7d自由强度作判断，应以28d强度是否达到试验强度为准。把膨胀剂视为早强剂是错误的，以7d强度降低为理由而少掺膨胀剂也是错误的。试验表明，掺膨胀剂混凝土7d抗压强度达到28d试配强度的65％便可达标。
4．膨胀剂掺量有意和无意少掺又是使用补偿收缩混凝土的大误区。我们发现，试验室的混凝土配合比是正确的，但实际*作掌握在民工的手中。由于许多工地和搅拌站没有专门的膨胀剂计量装置，靠民工以斗代秤加料，由于监督不严或马虎，民工加料有随意性，大多是少掺。更甚者，有的承包人为了多赚钱，故意让民工少掺，向业主多要钱。有些工程用了膨胀剂，混凝土仍开裂，我们曾多次实地调查，按混凝土总量计，少用膨胀剂20－30％，原设计掺UEA12%，实际只掺8％，这样，混凝土那能补偿收缩？开裂就不足为怪了。我们认为，工地和搅拌站要加强管理，排除不正之风，必须按混凝土配合比加足膨胀剂是保证工程质量的重要措施。
5．有的用户拘泥于膨胀剂的推荐掺量，如UEA为10-12%，不敢超过12％，这也是使用的误区。实际工程中如后浇带或膨胀加强带，要用大膨胀混凝土填充，要求混凝土膨胀率达到0.035-0.045％，标号提高5MPa。要掺入14－15％膨胀剂才能达到。如只限于掺12％就不能满足设计要求，有可能开裂。所以，应根据不同结构部位，科学地掺入不同数量膨胀剂，才能达到补偿收缩的要求。
6．有些推销员不负责任地进行误导，把本厂膨胀剂的标准掺量故意降低，本来是10％说成6－8％也可以，有的把膨胀剂“神化”，胡说掺入后保证混凝土不裂。这些误导会使用户不能正确使用膨胀剂，容易出现工程裂渗事故。
四、关于复合膨胀剂
复合膨胀剂是用膨胀剂和化学外加剂配制的产品，可用于拌制缓凝、早强、防冻和高性能的泵送混凝土。该产品曾列入《混凝土膨胀剂》建材行业标准 JC476-1998中，但在实施中发现不少问题：
1．质检站提出，复合膨胀剂由于掺入减水剂、防冻剂等化学外加剂，膨胀剂用砂浆检验，化学外加剂用混凝土检验，检测十分繁杂，而结果往往相佐。如膨胀剂规定碱含量≤0.75％，由于减水剂、早强剂和防冻剂中含有Na2SO4，故碱含量往往超标。由于复合膨胀剂中掺入减水剂，容易蔽盖了膨胀剂本身的质量问题。
2．混凝土搅拌站提出：由于水泥品种不同，按厂家推荐的复合膨胀剂掺量，难以达到混凝土的坍落度要求，有时坍落度损失大难以泵送，这时，搅拌站要增添减水剂才能达到，使用麻烦。
基于上述二条理由，新修改的JC476-2001标准中，已取消《复合膨胀剂》这种产品，请用户明鉴。但是，复合膨胀剂具有多功能和使用优点。如用户愿意使用复合膨胀剂，生产厂家可按用户要求提供产品，但厂家要做好现场售后服务。
五、设计中注意问题
建筑结构裂渗控制是个系统工程，许多设计单位推荐使用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为一个防裂措施，但他们对膨胀剂正确使用不了解，也存在一些误区，应以纠正。
1．在设计图纸上指明厂家是违规的，可推荐膨胀剂品牌，但不应指定掺量。合理的说明是：“采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土、强度等级、抗渗标号、混凝土水中14d限制膨胀率大于0.015％（或者根据不同结构部位提出更高的膨胀率）。”这样，可由用户选择膨胀剂品牌及其合理掺量，达到设计要求。
2．混凝土变形（膨胀和收缩）与限制是个矛盾的统一体。膨胀要通过钢筋和邻位约束才能在结构中建立预压应力。所以，要求设计者采用细而密的配筋原则，个别开口部和墙柱连接处由于应力集中易开裂，应增添附加钢筋。由于墙体难施工、养护差，受外界温差影响大，易出现纵向裂缝。要求墙体的水平构造筋的间距小于150mm，配筋率在0.5％左右。在墙中部1m范围内，水平筋的间距加密至80－100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收缩应力；水平筋应放在受力竖筋外侧，确保混凝土保护层厚度。
3．掺膨胀剂混凝土的后浇缝间距可延长至60m，超过60m的超长结构，可用2m宽的膨胀加强带代替后浇缝，采用连续式或间歇式的无缝设计和施工方法，这是中国建材院的专利技术，鉴于该技术尚未列入规范，因此，设计院应在图纸上注明，请中国建材院提供技术咨询服务，否则，技术风险责任自负。
六、施工中注意问题
施工单位对建筑结构的裂缝十分头痛，认为混凝土中加入膨胀剂就能迎刃解决，这也是个误区。除了设计上保证合理配筋和补偿收缩混凝土的配合比保证足够的限制膨胀率外，施工管理则是关键。
1．工地或搅拌站不按混凝土配合比掺入足够膨胀剂是普遍存在的现象，造成浇筑的混凝土的膨胀效应极低，何能补偿收缩？这是首要一关，必须加强管理，确保膨胀剂掺量的准确性。
2．现场拌制的混凝土的拌合时间要比普通混凝土延长30s，以保证膨胀剂和水泥、减水剂拌合均匀，提高其匀质性。
3．混凝土布料，震捣要按施工规范进行。
4．膨胀混凝土要有充分湿养护才能更好地发挥其膨胀效应，必须重视养护工作。有的单位宣传掺CEA膨胀剂的混凝土养护可以不严格，这是十分错误的，即使普通混凝土也要按规范充分养护。只不过对膨胀混凝土提出更严格的养护要求，养护期不小于14d。
5．边墙出现裂缝是个难题，要求混凝土震捣密实、匀质。有的单位为加快施工进度，浇筑混凝土1－2d内就拆模板，其实这时混凝土的水化热温升最高，早拆模板造成散热快，增加了墙内外温差，易于出现温差裂缝。施工实践证明，墙体宜用保湿较好的胶合板支模，混凝土浇完后，在顶部设水管慢淋养护，墙体宜在第5d拆模板，然后尽快用麻包片贴墙并喷水养护，保湿养护10－14d。
6．即使用补偿收缩混凝土浇筑墙体，也要以30－40m分段浇筑，每段之间设2m宽膨胀加强带，并设钢板止水片，可在28d后用大膨胀混凝土回填，养护不小于14d。
7．底板宜用蓄水养护，冬施要用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护；楼板宜用湿麻袋复盖养护。
8．即使采取各种措施，尤其C40以上混凝土，墙体也难免不出现裂缝，有的1－2d拆模板就发现有裂缝，这是混凝土内外温差引起的。要设法降低水泥用量，减少混凝土早期水化热。由于膨胀剂在1－3d的膨胀还没充分发挥出来，有时难以完全补偿温差收缩，但是膨胀剂可以防止和减少裂缝数量，减小裂缝宽度。裂缝修补原则：小于0.2mm裂缝不用修补。大于0.2mm非贯穿裂缝，可以凿开30－50mm，用掺膨胀剂水泥砂浆修补。对于贯穿裂缝可用化学灌浆修补。为防止地下水有害离子对墙体的侵蚀，并弥补缺陷，我们建议在侧墙外壁用可湿作业的聚合物水泥基防水涂料作一层防水保护层。
9．混凝土浇筑完后，建筑物进入使用阶段，有些单位不注意维护保养，在竣工之前就出现裂缝，这是气温和湿度变化引起的，因此，地下室完成后，要及时复土，楼层尽快做墙体维护结构，屋面要尽快作防水保温层。
七、结语
建筑结构裂缝控制是个系统工程，近十年多来，我国工民建向长大化、复杂化发展，商品混凝土普及应用，混凝土强度等级从C30向C50发展，这些因素导致钢筋混凝土结构开裂的机率增多。掺膨胀剂的补偿收缩混凝土在防止和大大减轻混凝土开裂作出了积极贡献。但在膨胀剂使用过程中发现存在一些误区和不足地方。本文总结十多年来之经验教训，结合《混凝土膨胀剂》修改标准JC476-2001和《混凝土外加剂应用技术规范GBJ119修改内容，提出如何正确使用膨胀剂，将有利于全面提高我国补偿收缩混凝土的应用技术水平，可供工程界参用。不妥之处请指正。

ahfylht · 发表于 2013-11-12 15:39:33

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