混凝土膨脹劑

1、混凝土膨脹劑 一種新型混凝土外加劑，加在水泥中，當(dāng)水泥凝一種新型混凝土外加劑，加在水泥中，當(dāng)水泥凝結(jié)硬化時(shí)，隨之體積膨脹，起補(bǔ)償收縮和產(chǎn)生一定預(yù)結(jié)硬化時(shí)，隨之體積膨脹，起補(bǔ)償收縮和產(chǎn)生一定預(yù)應(yīng)力以及充分填充水泥間隙的作用應(yīng)力以及充分填充水泥間隙的作用l水泥在水化過(guò)程中,由于化學(xué)反應(yīng)和熱力學(xué)反應(yīng)所引起的體積收縮,將會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮開(kāi)裂,這是混凝土材料的致命缺點(diǎn)。特別是在防水工程如地下、水工、海工、地鐵、隧道、水電、超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程以及二次灌注工程中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開(kāi)裂,將會(huì)造成嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，由此引出了膨脹劑的使用。 一丶分類（按成份）一丶分類（按成份）l硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑 l氧化鈣類

2、混凝土膨脹劑l硫鋁酸鈣氧化鈣類混凝土膨脹劑l氧化鎂類l復(fù)合纖維類二丶具體用途二丶具體用途l地下建筑物：如地鐵、地下停車場(chǎng)、地下倉(cāng)庫(kù)、隧道、礦井、人防工程、基坑等； l水池、游泳池、水塔、儲(chǔ)罐、大型容器、糧倉(cāng)、油罐、山洞內(nèi)倉(cāng)庫(kù)等； l高強(qiáng)度公路路面、橋梁混凝土面層、涵洞等； l預(yù)制構(gòu)件、框架結(jié)構(gòu)接頭的錨接、管道接頭、后張預(yù)制構(gòu)件的灌漿材料、后澆縫的回填、巖漿灌漿材料； l水泥制品：自應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力與鋼套預(yù)應(yīng)力混凝土水管、樓板、柱、梁柱、防水屋面板等； l機(jī)械設(shè)備的地腳螺絲、機(jī)座與混凝土基礎(chǔ)之間的無(wú)收縮灌注； l鑄鐵管、鋼管的內(nèi)襯防護(hù)砂漿； l自防水剛性屋面、砂漿防滲層、砂漿防潮層等； l體育場(chǎng)看臺(tái)

3、、城市雕塑、博物館、賓館等;建造高強(qiáng)度、高抗?jié)B豎井、大壩回槽填充混凝土。三丶發(fā)展歷程三丶發(fā)展歷程l1936年，美國(guó)科學(xué)家使用鈣礬石類（即硫鋁酸鈣類）膨脹劑配制自應(yīng)力混凝土。l1958年，美國(guó)人A.克萊因研制成功了一種硫鋁酸鹽型水泥，取名K水泥，并取得了膨脹水泥的專利。l1970年，日本小野田公司還成功開(kāi)發(fā)了石灰系膨脹劑，即為氧化鈣類膨脹劑。l1979年，吳中偉先生撰寫(xiě)的補(bǔ)償收縮混凝土專著出版，這是我國(guó)科學(xué)界首次提出補(bǔ)償收縮混凝土理論。l1985年，在吳中偉院士的指導(dǎo)下，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院研制成功UEA、AEA、CEA等多個(gè)型號(hào)混凝土膨脹劑 。l20世紀(jì)90年代后期，美國(guó)的P.K.Meht

4、a等為解決大體積混凝土溫差裂縫問(wèn)題，提出了在水泥中摻入5%MgO的設(shè)想，并由此誕生了氧化鎂類膨脹劑。l2001年，國(guó)內(nèi)嚴(yán)格意義上第一部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001混凝土膨脹劑頒布實(shí)施。l2009年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB23439-2009混凝土膨脹劑頒布實(shí)施。l2011年，由建筑材料科學(xué)研究總院與武漢三源特種建材有限責(zé)任公司合作研發(fā)的FQY高性能膨脹劑面世，該產(chǎn)品經(jīng)與日本電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社（DENKA）的同類產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，各項(xiàng)性能占優(yōu)，深受行業(yè)認(rèn)同。四丶膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響四丶膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響l對(duì)混凝土膨脹率的影響 （1） 膨脹劑摻量越大，混凝土的膨脹能越大。 （2） 混凝土

5、配筋率越大，膨脹率越小。l對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響 對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間影響不大，這是因?yàn)榕蛎泟┑慕M分一般要在水泥水化硬化以后才開(kāi)始產(chǎn)生作用。但是摻硫鋁酸鈣類膨脹劑的混凝土其凝結(jié)時(shí)間一般要比不摻者雖短20-60min,原因是硫鋁酸鈣類膨脹劑中含有石膏組分和鋁酸鹽組分，促進(jìn)了水泥的水化。l對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 摻膨脹劑的混凝土一般早期抗壓強(qiáng)度有所增長(zhǎng)，但后期抗壓強(qiáng)度與膨脹劑摻量關(guān)系較大。對(duì)于自由膨脹的混凝土，當(dāng)膨脹劑摻量較大時(shí)往往導(dǎo)致混凝土后期抗壓強(qiáng)度有所降低。但是對(duì)于受約束作用的混凝土，即使膨脹劑摻量較大時(shí)，由于混凝土的膨脹能受到鋼筋的約束，使得混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度增加。 對(duì)混凝

6、土強(qiáng)度的影響 膨脹結(jié)束后的膨脹混凝土，其收縮與徐變值與普通混凝土相似。但是在限制條件下，膨脹混凝土的干縮值略低于普通混凝土。l對(duì)混凝土和易性的影響 摻膨脹劑的混凝土，一般需水量稍大，拌合物黏聚性較好，保水性優(yōu)良。但是摻加膨脹劑的混凝土一般（并不是所有）坍落度損失較快，尤其是同時(shí)摻加膨脹劑和減水劑的混凝土，有時(shí)坍落度損失過(guò)快，以至于無(wú)法滿足運(yùn)輸需求。 對(duì)混凝土抗?jié)B性、抗凍性的影響 對(duì)于自由膨脹的混凝土，膨脹劑摻量較低時(shí)，膨脹產(chǎn)物主要填充混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔和大孔，起到密實(shí)作用，對(duì)于提高混凝土抗?jié)B性很有幫助。但是當(dāng)摻量過(guò)大時(shí)，過(guò)高的膨脹能會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，反而使混凝土抗?jié)B性下降。 由于混凝土

7、抗?jié)B性提高，摻膨脹劑可以同時(shí)改善混凝土抗凍性五丶正確使用方法五丶正確使用方法l科學(xué)合理使用膨脹劑，有以下幾個(gè)重要因素：l 科學(xué)合理選定膨脹劑摻量，選用膨脹劑必須在對(duì)應(yīng)混凝土攪拌站進(jìn)行適配。適配的目的主要在于：根據(jù)設(shè)計(jì)膨脹率指標(biāo)確定合理的用量與摻入方法。摻入方法通常有外摻、內(nèi)摻取代部分礦物摻合料這兩種方式。l 控制混凝土澆筑入模的溫度，一般在305范圍較為合理。l 加強(qiáng)混凝土的振搗，比普通混凝土振搗更密實(shí)。l 科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)方式，澆筑前7天加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，每天上午10點(diǎn)到下午4點(diǎn)之間應(yīng)不少于5次灑水，第8-14天每天上午下午各養(yǎng)護(hù)一次。夜間不宜進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，冬季不宜進(jìn)行過(guò)多養(yǎng)護(hù)。嚴(yán)格結(jié)合溫度監(jiān)測(cè)進(jìn)行養(yǎng)

8、護(hù)十分重要，牢記“升溫階段降溫，降溫階段保溫”的溫控原則。l 不宜選用含泥量過(guò)高的砂石生產(chǎn)混凝土，不宜過(guò)早對(duì)混凝土荷載。六丶適六丶適 用用 范范 圍圍l含硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鲺-氧化鈣類膨脹劑的混凝土（砂漿）不得用于長(zhǎng)期環(huán)境溫度為80以上的工程。 l含氧取化鈣類膨脹劑配制的混凝土（砂漿）不得用于海水或有侵蝕性水的工程。l摻膨脹劑的混凝土適用于鋼筋混凝土工程和填充性混凝土工程。 l摻膨脹劑的大體積混凝土，其內(nèi)部最高溫度應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，混凝土內(nèi)外溫差宜小于25。 l摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土剛性屋面宜用于南方地區(qū)，其設(shè)計(jì)、施工應(yīng)按屋面工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50207執(zhí)行。七丶摻膨脹劑混凝土（砂漿）

9、的性能力要求七丶摻膨脹劑混凝土（砂漿）的性能力要求l補(bǔ)償收縮混凝土的性能l填充用膨脹混凝土的性能l灌漿用膨脹砂漿性能l自應(yīng)力混凝土：摻膨脹劑全速行進(jìn)自應(yīng)力混凝土全速行進(jìn)性能應(yīng)符合自應(yīng)力硅酸鹽水泥JC/T218的規(guī)定。 硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑 與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石的混凝土膨脹劑。其主要成份是: CaO 、 SO 3 、 Al 2 O 3 組成的化合物的混合物。一丶作用機(jī)理一丶作用機(jī)理l硫鋁酸鹽系膨脹劑是工程中最常見(jiàn)的膨脹劑，其品種很多，主要包括CSA膨脹劑和明礬石膨脹劑，產(chǎn)生膨脹能的原因是由于硫鋁酸鈣水化物(鈣礬石)的生成，其反應(yīng)通式為：6CaO+3A12o

10、3+3So3+96H2o3CaoA12o33CaS0432H2ol對(duì)鈣礬石的膨脹機(jī)理，主要存在兩種理論：即結(jié)晶膨脹和膠體吸水膨脹。米哈依洛夫認(rèn)為膨脹是由于鈣礬石的晶體長(zhǎng)大而產(chǎn)生晶體壓力所至。Mehta認(rèn)為，鈣礬石的膨脹是由于其表面帶電負(fù)性，膠狀鈣礬石比表面積打及特殊的晶格結(jié)構(gòu)，在飽和Ca(OH)2溶液中會(huì)吸附大量的水腫脹，而不是鈣礬石形成過(guò)程中產(chǎn)生膨脹。二丶使用要求二丶使用要求l但是在硫鋁酸鈣類膨脹劑推廣使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)若干問(wèn)題, 主要表現(xiàn)為混凝土開(kāi)裂、未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的膨脹率、強(qiáng)度不足等。要解決這些問(wèn)題, 需要從原材料、配合比、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)等諸多方面進(jìn)行控制, 主要有以下幾點(diǎn)：l1.對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)條

11、件的要求夏天在大體積混凝土需用硫鋁酸鈣類膨脹劑時(shí), 需考慮有效的降溫措施。通常采取的措施有減少水泥用量, 降低混凝土澆筑塊體的溫度升高; 優(yōu)先采用水化熱低的水泥配制大體積混凝土以及炎熱季節(jié)澆筑大體積混凝土?xí)r,混凝土攪拌場(chǎng)站宜對(duì)砂、石骨料采取遮陽(yáng)、降溫措施等等。l膨脹劑加入到混凝土中, 拌水后生成大量的膨脹結(jié)晶體鈣礬石 ( C 3 A 3CaSO 4 32H 2 O ) , 膨脹結(jié)晶體鈣礬石的生成需要水, 因?yàn)樵跐仓?17 d 內(nèi)是膨脹變形的主要階段, 應(yīng)特別加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù), 714 d 仍需濕養(yǎng)護(hù), 以保證此期間混凝土表濕連續(xù)充足, 確保膨脹率能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的峰值, 充分發(fā)揮混凝土的膨脹效應(yīng)。

12、l2.膨脹劑選用及摻量的控制在合格的硫鋁酸鈣類膨脹劑中, 產(chǎn)品的性能也不盡相同, 有的膨脹劑雖然膨脹率高, 但干燥收縮率很大, 存在膨脹與收縮“落差”太大的現(xiàn)象。膨脹劑摻量的高低, 應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位, 科學(xué)地?fù)饺氩煌瑪?shù)量膨脹劑, 才能達(dá)到補(bǔ)償收縮的要求, 否則將難以達(dá)到抗裂防滲的效果。l3.攪拌時(shí)間的要求在摻加膨脹劑時(shí), 混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng) 30 s 以上。 4水泥及骨料的選擇膨脹劑的摻入會(huì)使混凝土的早期水化熱提高, 為防止或減少混凝土溫度裂縫, 在配制補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r, 水泥用量不宜過(guò)大, 選擇水泥品種時(shí), 宜選擇低水化熱的水泥。骨料的品質(zhì)對(duì)配制補(bǔ)償收縮混凝土有很大的影響, 主要體現(xiàn)在

13、骨料 - 砂漿界面粘結(jié)強(qiáng)度、骨料彈性模量和骨料的強(qiáng)度上。如果骨料是碎石, 宜基本無(wú)棱角, 并減少針片狀顆粒的含量,粒徑控制在小于 30 mm 。細(xì)骨料要求使用干凈的河砂。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)控制砂中云母含量、硫化物含量、含泥量。細(xì)度模數(shù)選用 2.63.1 的中砂為宜。不宜選用砂巖類山砂、海砂, 此類砂對(duì)硫鋁酸鈣類膨脹混凝土的膨脹率影響非常大。氧化鈣類混凝土膨脹劑氧化鈣類混凝土膨脹劑l以CaO作為膨脹源，是用石灰石 石膏 粘土作為原材料，在高溫煅燒成含40%-50%游離氧化鈣的膨脹孰料，l與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成氫氧化鈣的混凝土膨脹劑。作用機(jī)理作用機(jī)理l氧化鈣遇水發(fā)生水化，形成氫氧化鈣： CaO+H

14、20-Ca(OH)2 膨脹過(guò)程分兩個(gè)階段：首先在水泥水化初期，水泥骨架間隙中生成膠凝狀Ca(OH)2產(chǎn)生第一期膨脹；接著發(fā)生Ca(OH)2的重結(jié)晶開(kāi)始第二期膨脹，這一過(guò)程在石灰水化到Ca(OH)2晶體全部轉(zhuǎn)換為大的異方型六角板狀結(jié)晶后才結(jié)束。從宏觀來(lái)看，隨著晶體的轉(zhuǎn)化，體積不斷膨脹。 CaO+H20-Ca(OH)2l這是一個(gè)放熱過(guò)程，且水化產(chǎn)物的體積將增加近1倍。但由于氧化鈣接觸水后水化十分激烈。且放熱量大，所以生石灰不能直接用作膨脹劑，常將普通石灰和硬脂酸按常將普通石灰和硬脂酸按一定比例共同磨細(xì)而成一定比例共同磨細(xì)而成，一一方面起到助磨劑的作用，另一方面在球磨機(jī)球磨的過(guò)程中使其表面黏附了硬脂

15、酸形成脂膜，這層脂膜有憎水作用，使水不能與石灰顆粒接觸。在水泥水化形成的堿性溶液中，脂膜會(huì)發(fā)生皂化反應(yīng)而溶解，石灰顆粒不同部位的脂膜厚度不一樣，其溶解速率也就不一樣，這就控制了石灰與水接觸面的多少，從而控制石灰水化反應(yīng)速率。特性：特性：l石灰系膨脹劑由于膨脹速率對(duì)溫度、濕度等環(huán)境影響十分敏感而難于控制，生產(chǎn)及使用時(shí)間不能間隔過(guò)長(zhǎng)，保質(zhì)期短而較少用于一般混凝土的補(bǔ)償收縮，目前主要用于設(shè)備灌漿，職稱灌漿料，用于大型基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)灌漿和地腳螺栓的灌漿。硫鋁酸鈣硫鋁酸鈣氧化鈣類混凝土膨脹劑氧化鈣類混凝土膨脹劑是含鈣礬石 氧化鈣兩種膨脹源的復(fù)合型膨脹劑與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石和氫氧化鈣的混凝

16、土膨脹劑。 鈣礬石的膨脹主要發(fā)生在7d以前，后期膨脹效果較差，而Ca(OH)2的膨脹主要發(fā)生在7d以后，硫鋁酸鈣氧化鈣類混凝土膨脹劑就是很好的利用這兩種膨脹源的復(fù)合型膨脹劑氧化鎂類膨脹劑氧化鎂類膨脹劑l與以鈣礬石作為膨脹源的傳統(tǒng)的膨脹劑相比，MgO膨脹劑具有水化需水量少、膨脹過(guò)程可調(diào)控、水 化產(chǎn)物穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，適用于補(bǔ)償大體積混凝土溫降收縮、混凝土自收縮和干燥收縮，可廣泛應(yīng)用于水工建筑、機(jī)場(chǎng)道面、公路、地下工程等。作用機(jī)理作用機(jī)理l氧化鎂系膨脹劑主要是通過(guò)氧化鎂水化生成氫氧化鎂結(jié)晶(水鎂石)而產(chǎn)生膨脹，體積可增加94o1238 MgO+H20-+Mg(OH)2l水泥中MgO產(chǎn)生膨脹的根本原因是M

17、gO的水化。MgO水化時(shí)水化產(chǎn)物固相體積增大了 118%，但水化產(chǎn)物Mg(OH)2的體積增大不完全等 于其在水泥漿體中所產(chǎn)生的體積膨脹，其原因尚未得到合理的解釋。MgO水化產(chǎn)生膨脹的機(jī)理存在各種解釋，其中晶體生長(zhǎng)壓理論和吸水腫脹理論是兩種典型的機(jī)理。l吸水腫脹理論認(rèn)為水泥中死燒方鎂石的水化反應(yīng)屬于典型的原地固相反應(yīng)，水化產(chǎn)物體積增大從而引起體積膨脹。l晶體生長(zhǎng)壓理論認(rèn)為水泥中死燒MgO水化時(shí)，在MgO顆粒表面形成以Mg2+與OH-為主要組分的過(guò)飽和溶液，過(guò)飽和溶液中Mg(OH)2結(jié)晶并生長(zhǎng)，產(chǎn)生結(jié)晶壓，從而導(dǎo)致水泥漿體的膨脹特性特性l由于方鎂石在常溫下的水化反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。膨脹效應(yīng)發(fā)揮較慢，

18、因此被用來(lái)補(bǔ)償由于溫度變化引起的收縮和后期收縮。lMgO的膨脹性能主要包括膨脹開(kāi)始及終止 時(shí)間、膨脹速率和膨脹量幾個(gè)方面。煅燒溫度與保溫時(shí)間是影響MgO膨脹劑膨脹性能的重要因素。水泥熟料煅燒溫度高1400，其中游離 MgO處于死燒狀態(tài)，在常溫下水化速度很緩慢， 開(kāi)始引起膨脹往往需要一年或幾年時(shí)間。而作為膨脹劑用MgO的煅燒溫度低于1400，其水化速度快于死燒MgO，在常溫下便會(huì)水化產(chǎn)生膨脹。研究發(fā)現(xiàn)煅燒菱鎂礦的溫度越高，方鎂石 水化速度越慢，產(chǎn)生延遲膨脹，早期產(chǎn)生的膨脹越小，但后期的膨脹量卻增大lMgO膨脹劑顆粒的大小對(duì)其膨脹性能有較大 的影響。研究發(fā)現(xiàn)水泥中方鎂石顆粒越大，使?jié){體產(chǎn)生膨脹所需M