浅谈膨胀剂在混凝土中的应用

浅谈膨胀剂在混凝土中的应用

王俊西安市地下铁道有限责任公司

【引言】西安地铁一号线D1TJSG-3合同段，主要包括三桥站和枣园站两个车站，站体混凝土设计为C40P8，防水是重要指标之一。本工程应用实践证明：通过调整混凝土配合比，减水剂与膨胀剂双掺，能提高混凝土结构自身密实性，达到其抗渗能力。对于消除混凝土存在裂缝、连通孔等渗透水本质，起到十分重要的作用，有效防止或减少混凝土收缩裂缝。

【关键词】混凝土膨胀剂防裂抗渗

一、膨胀剂的工作机理

UEA以适量掺入（等量取代水泥）混凝土中，在混凝土凝结硬化的初期1-14d 龄期内可生成大量膨胀结晶水化物—水化硫铝酸钙（C3A.。3CaSO4。32H2O）即钙矾石，使混凝土产生适当体积膨胀用以补偿混凝土的收缩，在钢筋、邻位等的约束下，可在混凝土中建立0.2—0.7MPa的预压应力，其压应力大致可抵消混凝土干缩时所产生的拉应力，同时也推迟了混凝土的收缩过程，使其抗拉强度得到较大增长，当混凝土开始收缩时，足以抵消混凝土收缩应力的作用，从而防止或减少混凝土收缩裂缝。

二、原材料及配合比设计

1.原材料

水泥采用秦岭牌P·O42.5，产自陕西秦岭水泥股份有限公司；

减水剂采用KDSP-1型聚羧酸性高能减水剂，产自山西凯迪化工有限公司；

掺合料采用Ⅱ级粉煤灰，产自山西永济电厂；

砂：周至中砂；石：泾阳5-25mm碎石；水：本地饮用水；

膨胀剂采用，产自西安科伟建材有限公司。

UEA-EF型膨胀剂性能指标表1

品种

掺量

（%）

凝结时间限制膨胀率（%）抗压（MPa）抗折（MPa）初凝终凝水中7d气21d7d28d7d28d

UEA-EF121:252:300.035-0.01132.651.6 6.58.2

JC476-2001

≮45

分≯10h≮0.025

≮

-0.02

≮

25.0

≮45.0

≮

4.5

≮6.5

2.配合比设计

配合比设计依据其强度等级、混凝土性能和施工技术要求，C30～C40混凝土水泥用量250～350Kg/m3，再加入磨细掺合料和高效减水剂，试配结果见下表

掺加聚羧酸高效减水剂和膨胀剂试配结果表2

强度等级

原材料(Kg/m3)坍落度（mm）抗压（MPa）水

水

泥

砂石

减水

剂

掺

合

料

膨

胀

剂

初

始

60´90´7d28d

C30157265812107611.9803022021019036.945.7 C40160325776102812.3972822521020043.252.3

掺加萘系高效减水剂和膨胀剂试配结果表3

强度等级

原材料(Kg/m3)坍落度（mm）抗压（MPa）水

水

泥

砂石

减水

剂

掺

合

料

膨

胀

剂

初

始

60´90´7d28d

C30157265812107611.9803020018016532.442.2 C40160325776102812.3972820017516041.247.6

掺加聚羧酸高效减水剂试配结果表4

强度等级

原材料(Kg/m3)坍落度（mm）抗压（MPa）水

水

泥

砂石

减水

剂

掺

合

料

膨

胀

剂

初

始

60´90´7d28d

C30157265812107611.980-21019518038.845.3

C40160325776102812.397-22020519045.553.6试验结果表明，减水剂品种对掺膨胀剂混凝土强度有不同程度影响。复掺聚羧酸高效减水剂能取得较好的强度效用。

3．混凝土性能

3.1限制膨胀率

复掺聚羧酸高效减水剂的混凝土试件膨胀率在水养条件下随龄期延长而发展，7天时达到（0.037%），28天达到（0.045%）。这说明该配合比下混凝土的补偿收缩性能能够达到JC476-2001规定的指标。

3.2可泵性

从表中可见，新拌混凝土初始坍落度大于200mm,经90min后损失20～30mm，有利于混凝土泵送。

3.3抗渗性

复掺聚羧酸高效减水剂的混凝土试件，内部致密，试件经加水压1.5-2MPa，表面无渗水。劈开后观察试件，渗水高度5-15mm之间,完全满足抗渗设计要求，说明混凝土的防水性能是相当高的。

三、施工注意事项

3.1膨胀剂的掺量问题

由于膨胀剂本身具有活性,可视为水泥的一部分,因而其掺量的计算方法是按等量替代胶凝材料的内掺法。在实际工程中,应根据不同的结构部位,科学合理地掺入不同数量的膨胀剂,才能达到补偿收缩的要求。对于后浇带或膨胀加强带,需用大膨胀混凝土填充,要求混凝土膨胀率达到0.035%～0.045%[12],强度提高5MPa,需掺14%～15%的膨胀剂才能达到,如掺12%的膨胀剂将不能满足设计要求,有可能造成混凝土结构开裂。但是,如果膨胀剂掺量过多,不仅会增加成本,还会给施工带来不便,这也是目前膨胀剂存在的问题。

3.2加强搅拌,提高膨胀剂的均匀性

膨胀剂的均匀性是保证补偿收缩混凝土防裂、抗裂的基本条件,提高膨胀剂均匀性的主要措施有:①严格按搅拌制度拌和混凝土,拌和时间应比普通混凝土延长30s,以保证膨胀剂与水泥、减水剂拌和均匀,提高其匀质性;②混凝土的运输、布料应严格按照施工规范进行,防止离析。

3.3加强养护

膨胀剂只有与水泥均匀混合,通过充分水化才能实现要求达到的膨胀率。膨胀剂在水泥水化过程中需要较多的水分,实践表明,仅靠拌和水是远远不能满足水化要求的,因而加强补偿收缩混凝土浇注后的供水养护十分重要,补偿收缩混凝土的保湿养护期应≮14d。对于大体积混凝土,其表面必须进行蓄水养护。另外,也可采用洒水和用塑料薄膜覆盖的方法进行养护。

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，才能发挥其最佳效果。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，所以只有全面了解膨胀剂的作用机理，并合理地控制影响其的各个因素，才能使补偿收缩混凝土的使用取得理想效果。膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇注的初期（1-4d），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。如果在混凝土浇注之后没有对混凝土进行充分的保湿养护，混凝土会大量脱水，这种情况下，由于水化反应的停止，会加大混凝土的收缩，使得混凝土的裂缝提前出现，同时由于水化所需求的水供应缺乏，会出现或者由于硫铝酸钙水化不充分形不成足够的膨胀值，或者膨胀率大于水泥水化速度而影响了强度的发展，甚至膨胀能力被尚有塑性的混凝土"吸收"，这样掺加UEA后不仅没有对防裂起到效果，反而会加剧混凝土的开裂。

四、结束语