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混凝土膨胀剂和补偿收缩混凝土的几点问题和建议 刘强 苏州市建设工程质量检测中心有限公司 摘要： 近些年膨胀剂对建筑上混凝土的抗裂、防水及混凝土补偿收缩的问题上做出了很多贡献，与此同时，随着膨胀剂用量的快速增多，但对其性能不够了解因此出现了一些不尽如人意的质量事故，现在本地区很多的结构、地下车库、地下室和一些防水结构出现开裂、渗漏，使得材料商、施工方、混凝土公司等互相推委，大家各持一词，使得有人对混凝土膨胀剂的补偿收缩作用产生怀疑。现结合工作实践对一些混凝土工程质量的原因进行分析， 并给出相关的建议。 关键词：膨胀剂、补偿收缩混凝土 现在江苏周边地区的膨胀剂主要是以安徽省庐江矾矿为原材料，化学原理是明矾石作为原料中的有效成份是三氧化二铝, 三氧化硫.明矾石经锻烧脱水活化后,具有很高的溶解性,并具有与水泥水化物进行反应的能力。能迅速地与石膏相互作用,生成钙矾石,从而进一步加速和深化水泥的水化和硬化。 将膨胀剂掺入混凝土中，参与水泥的水化反应，在自由条件下，能产生一定量的膨胀，在限制条件下，使膨胀能力 成为压应力，相当于提高混凝土的抗拉强度，改善了内部应力状态，推迟收缩的产生，减少和防收缩裂缝的出现。 一、 一般情况下都认为掺加膨胀剂会使混凝土强度下降，因而加大水泥的用量，这是一种错误的认识。膨胀剂本身有一定的活性，我们的试验表现明，正常情况下（掺量8%-12%），只是早期会受到点影响，因掺量的增加而强度下降，那是因为钙钒膨胀对水泥结构的微小膨胀造成的，后期却没受什么影响，有的能超过基准混凝土的强度。当掺量大于12%时才会对结果产生影响，掺量越大越明显。同时掺量的提高也会使 混凝土的坍落度损失加大，所以在符合实际工程使用要求的情况下，应减少膨胀剂的掺加，同时可降低成本。当然以上这些是在膨胀剂是合格的的前提下，如果膨胀剂不合格或是假货亦或是掺有大量粉灰、矿粉就另当别论了。 二、 在工程上有这样一句话，“三分材料、七分施工”，膨胀剂的补偿收缩混凝土的配制和使用受很多内在和外在条件的限制，如果不能满足使它发生作用的前提条件，就不能让它很好的发挥作用。一般情况下我们能了解的条件有以下：1约束条件2混凝土膨胀率3施工条件和技术4外加剂的种类和性质5水泥和粗细骨料的情况等等。本身混凝土一些化学反应过程，就有一些无法解释或一些混凝土专家各有各的理论的情况。如有一方面或是几方面考虑不周，都有可能开裂或是渗漏。 1.混凝土的约束分为内部约束和外部约束,内部约束主要指混凝土内部变形受到内部钢筋的限制力；外部约束的指混凝土的变形受到外部的模板、相邻构件或部位的阻挡和限制，以及各种情况产生和内应力和外应力。在混凝土膨胀剂符合要求的前提下，如果约束力过小，而膨胀率过大会产生变形增大，使混凝土结构疏松、强度降低，最终可能会引起开裂；所以相对而言混凝土膨胀率也不宜太大。如果约束过大而混凝土膨胀率过小，最终膨胀不足以补偿干燥、碳化、冷缩等原因造成的收缩，仍有可能开裂。 2．由于我们使用的水泥品种不同大多掺入混合材，活性不尽相同，膨胀剂掺入后水泥的膨胀率也不尽相同，其掺量应根据水泥的实际情况来试配决定，而不能按照生产厂家的说明统一掺入8%或是10%。一般膨胀剂应用在混凝土中，都会与减水剂一起掺合使用，还要考虑到减水剂与水泥的适应性，所以在使有前一定要根据设计中的混凝土膨胀率要求、混凝土的施工坍落要求进行试配，并测定混凝土的限制膨胀率，确定合理的膨胀剂掺量、减水剂的掺量和种类。当然如果实际膨胀剂的膨胀率不够、减水剂的减水率达不到要求，在试验室就难以配出合适的配比更不要说在施工中了。 以下是掺量 8%的膨胀剂实际测试中的情况： 试验室中实测膨胀剂性能如下：
品种 UEA-H JC476-2001 标准
初凝时间 2 ：30 大于 45min
终凝时间 3 ： 30 小于 10h
限制膨胀率 %水中 7d 0.031 ≥ 0.025
限制膨胀率 %空气 21d 0.003 ≥ -0.02
抗压强度 MPa 7d 30.5 ≥ 25
抗压强度 MPa 28d 47.5 ≥ 45
抗折强度 MPa 7d 5.8 ≥ 4.5
抗折强度 MPa 28d 7.5 ≥ 6.5
混凝土配比：
胶凝材料kg 中砂kg 碎石（5-31.5mm）kg 高效减水剂kg 膨胀剂kg 水kg 坍落度mm
340 760 1100 4.2 28 170 120 实测混凝土水中14d限膨胀率2.1×10-4 ,从上面的数据中可以看出这是一个合格的产品，同时都能符合《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003中规定的水中14d限膨胀率≥1.5×10-4 的要求和JC476-2001《混凝土膨胀剂》中的物理性能指标。 然而同样的配比在现施工现场取样混凝土的检测数据为水中14d限膨胀率0.4×10-4，数据远低于规范要求。配比是同样的一个配比，但混凝土公司的出料配比中的实际数据我们不清楚。施工的是一个地下室顶板结果三天以后就出现开裂的情况。这就是混凝土的膨胀率不够影起开裂的重要原因。 3．膨胀混凝土在正常工作中，是在有内部和外部约束限制条件下使用的，除设计中应符合《混凝土结构设计规范》GB50010规定，在墙体易出现收缩裂缝部位，其水平构造的配筋率宜大于0.4%,水平间距宜小于150mm, 墙体的中部或顶端的300-400mm范围内水平筋间距宜为50-100mm。墙体与柱子连接部位宜插入长度1500-2000mm、￠8-10mm的加强钢筋，插入柱子200-300mm，插入边墙1200-1600mm，其配筋率应提高10%-15%。结构开口部位和变形出入口部位应增加配筋。施工中要注意养护，不要为了施工方便加大用水量，更不要赶进度未等混凝土强度到就进行折模，至使混凝土早期因应力集中出现细小裂缝，成为潜在的危害。 4．前面提过膨胀剂和减水剂的选择是至关重要的，膨胀剂种类很多，目前国内用的最多的主要是钙钒系列膨胀剂，而其中用的最多的又是硫铝酸钙类膨胀剂。实际工程存在很多问题，首先膨胀剂的用量上，配比中虽然规定了用量，但一些单位为节约成本原要掺10%，实际配比中掺7%或8%；更有很多单位使用质量差的产品甚至假货，这样不光是混凝土膨胀率打折扣的问题，一定程度上这种配比或是材料就变得没有太大意义了。前面的试验数据中看混凝土膨胀率比实际要求的差很多，现简单的分析一下原因，试验中的各种材料的是严格按配比掺入的，在拌站的产生搅拌中我们不得而知，可能膨胀剂的用量没有8%或膨胀剂的质量不合格，也可能砂的细度太细导至用水量的加大，也有可能胶凝材料中掺入大量矿粉，而矿粉的品质又不太好至使需水量加大成为收缩率加大的原因之一。在现场取样时，我们见到了一个非常严重的问题，工人为了操作方便向搅拌车中加水，出料的坍落度至少在180mm，和泵送的自流平混凝土没有什么区别。这样的混凝土加入再多的膨胀剂可能也于事无补，无法阻止的裂缝和质量问题。这种现像往往很多施工现场都存在，只是后期填埋了看不到，所以就会出现开裂，渗漏等一系列的工程质量问题。 5．膨胀剂的掺入会使混凝土的水化热提高，产温度裂缝，所以在配制补偿收缩混凝土时，水泥用量不宜过大，选择水泥时不得选用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和高铝水泥。在粗细骨料的选择上更要注意，粗骨粘粒径不宜大于30mm且要级配要好，减少细骨料作为填充料的量；要严格控制含泥量，因泥或泥块中往往含有蒙脱石、伊利石、硅藻土等杂质，这些物质吸水后会几倍于原物质的体积膨胀，干燥后失水收缩很容易产生裂缝。细骨料要求洁净的河砂，除了同粗骨料一样的控制含泥量以外，还要严格控制云母含量、硫化物等。细度模数宜选用2.5以上的中砂，砂的细度对膨胀率的影响很大，砂过细比表面积增大，表面吸水率就会大幅提高，同样重量的砂吸水量就会加大，因水泥化学反应只需要15%-25%的用水量，多余的水份干燥后蒸发，就会在混凝土内形成孔隙，失水收缩很容易产生裂缝。也不宜选用砂岩类山砂、机制砂、海砂等作为细骨料。 三、下面就补偿收缩混凝土的配制和施工提出几点建议： 1．选择合适的膨胀剂和减水剂，外加剂必须经检测合格并进行适应性试验，以免使用假货或次品，前面说过合理的掺入膨胀剂一般不会影响混凝土强度，但实际的检测中发现加入膨胀剂往往会使混凝土的强度降低，主要因为矾矿的价格和运输成本以及恶性竟争的原因，很多厂家会掺入粉煤灰和矿粉作为载体，而矿粉的生产厂家为了节约能本又会掺入粉煤灰，所以混凝土中就会有大量粉煤灰（水泥生产中加入的粉煤灰+搅拌站混凝土生产中的粉煤灰+矿粉中的粉煤灰+膨胀剂中掺入的中的粉煤灰），导至混凝土的坍落度损失加大、强度降低并严重影响了混凝土的限制膨胀率。故必须选择合格的外加剂并严格按配比要求进行掺加。 2．控制混凝土配比中使用粗细骨料的质量。 3．混凝土配合中水胶比，不宜大于0.5，混凝土拌合物应粘稠，不得出现离析和泌水现像。 4．如若是大坍落度施工，应使用高效减水剂，施工中不得随意加水，在浇筑中各区段应连续施工，中间不得中断。 5．膨胀剂虽不能防止表面裂缝的产生，表面裂缝也不会影响结构的防水、防渗性能，但也不能对不闻不问，如裂缝过多，时间一长失水碳化，生成CaCO3，体积比原来 Ca（OH）2类的物质体积要小生产收缩应力，就会导至裂缝不断的扩大最终出现事故。因此施工和养护中应特别小心，混凝土浇筑时间不得超过其初凝时间，犹其在夏季施工中，气温高运输路程远，特别要注意。施工中不得过振、欠振和漏振，至使混凝土出现孔洞、骨料下沉而浮浆太厚的现像。 6．夏季施工中，天气热蒸发快，混凝土终凝前应采用抹面机械或人工方式多次抹压，并应及时浇水或覆盖养护，以防表面产生裂缝。冬季中，因混凝土表面有泌水同样终凝前应采用抹面机械或人工方式多次抹压，当气温低于5℃时应注意覆盖保温养护或掺加防冻剂。因前7d是膨胀变形的主要阶段，特别应加强浇水或覆盖养护，7d-14d仍需湿养护，对于有些地下工程如不能及时养护到位，应立即填土覆盖保持湿度，一旦养护停止毛细孔就会被切断，再恢复养护，水就不能进入毛细孔，就会产生较大的收缩。 7．混凝土3-4d左右水化热较大，抗拉能力很低，不得过早拆模，易形成表面的温差裂缝，如使用早强剂或早强水泥的必要时可以制作同条件试块进行试压，强度达到后方可拆模，拆模后应继续养护。 结语：因缺少相关的设计和施工规范，也没有非常严格经过实践检验的理论，很多理论还处于争论阶段，在应用中多靠实践经验，同样的理论有成功也有失败，所以在使用时应小心谨慎。根据工程选择满足要求的膨胀剂和别的外加剂，且应经过试验决定掺量，施工前制定合理的施工方案。要综合考虑混凝土配合比设计、工程构件配筋、结构约束力、构件尺、施工面积、气候温度、混凝土强度和坍落度等情况，才能减少或避免裂缝的产生。 | 
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发表于 2012-3-5 09:05:37
发表于 2012-3-5 11:03:11
