對膨脹劑在使用中出現(xiàn)問題的討論

王雯雯任大恒

摘要：混凝土膨脹劑作為主導(dǎo)外加劑品種之一，應(yīng)用日趨廣泛，但問題也越來越多，本文對此進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：混凝土；膨脹劑；應(yīng)用；問題；探討

中圖分類號：TU528.042.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

在混凝土中摻用適量膨脹劑以補(bǔ)償收縮，是防止或減小混凝土開裂行之有效的方法。近年來，我國使用膨脹劑的工程量增長很快，使用范圍不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量增長的速度在世界上也是少有的。但是，不成功的例子也隨之增加，有些施工部門對膨脹劑的作用表示懷疑，甚至拒絕使用。究其原因，并非膨脹劑本身之過，而是對膨脹劑缺少了解，缺乏辨證的觀點(diǎn)和態(tài)度，生產(chǎn)和使用中都有一定的盲目性。除了生產(chǎn)廠家分散，技術(shù)指導(dǎo)力量不足，以至產(chǎn)品質(zhì)量波動較大，缺少售后技術(shù)指導(dǎo)和服務(wù)等問題外，大量一線技術(shù)人員對混凝土材料科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識仍停留在十年甚至幾十年的水平，不能正確使用膨脹劑，甚至有人誤認(rèn)為只要摻入膨脹劑混凝土就不裂。這是造成膨脹劑使用不成功的重要原因。實(shí)際上，任何產(chǎn)品和技術(shù)都不是萬能的，都有其適用范圍和專門的使用方法，必須具體問題具體分析。正確使用，會得到理想的效果，使用不當(dāng)，則適得其反。在這里，就現(xiàn)有的理解，對目前常用膨脹劑使用中的問題做一些分析。

1 混凝土技術(shù)變化對膨脹劑使用的影響

1.1混凝土水灰比變化的影響

我國膨脹劑的研制開發(fā)已有40多年的歷史。對膨脹劑性質(zhì)的研究是在當(dāng)時混凝土常用水灰比為0.5左右的情況下進(jìn)行的，膨脹水泥的膨脹率隨水灰比的減小而增加是因?yàn)椋^大的水灰比的混凝土中的孔隙率可吸收較多的膨脹能，而較致密的混凝土才能產(chǎn)生較大的膨脹。近年來，高性能混凝土的推廣應(yīng)用使常用水灰比下降到0.45甚至0.4以下，高強(qiáng)混凝土的水灰比常在0.3左右。盡管在理論上，完全水化的水泥結(jié)合水量占水泥質(zhì)量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛細(xì)孔孔隙率的水灰比為0.438，實(shí)際上，即使水灰比為0.5左右，隨著水化的不斷進(jìn)行，水化物增多，自由水減少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水隨水灰比的降低而減少，膨脹劑中重要組分的容出量隨自由水的降低而減少。因此，當(dāng)水灰比很低時，膨脹劑參與水化而產(chǎn)生膨脹的組分?jǐn)?shù)量會受到影響，那么，早期未參與水化的膨脹劑組分，在混凝土使用期間合適的條件下，可能生成二次鈣礬石而破壞混凝土結(jié)構(gòu)，“水灰比即使低到0.3，仍有足夠的水分來保證生成膨脹組分”的說法，無疑是錯誤的。

1.2礦物細(xì)摻料對膨脹的影響

在混凝土中摻入一定量的某些低鈣礦物細(xì)摻料，如磨細(xì)礦渣、粉煤灰等，對任何原因等引起的膨脹都有抑制作用。但是有些礦物細(xì)摻料如天然沸石巖則在早期對膨脹有促進(jìn)的作用，28d以后才有抑制作用；摻量達(dá)到30%時，則膨脹基本上不再隨齡期而增長。

2 工程條件變化引起膨脹劑使用中的問題

膨脹水泥最早多用于修補(bǔ)，漿錨接頭或節(jié)點(diǎn)、接縫的灌漿，進(jìn)而發(fā)展到地下室或屋面剛性防水面層以及水池、儲水罐等，自應(yīng)力混凝土用于有壓力或無壓力管以及壓力管接頭等，使用的部位多為較薄斷面。近年來高層、大跨度建筑物發(fā)展迅速，期望使用膨脹劑抗裂、防水的工程增多，因而發(fā)展到用于大體積的基礎(chǔ)底板、厚度較大的墻以及梁、板、柱等結(jié)構(gòu)混凝土中。則大體積混凝土內(nèi)部溫升，重載、高層建筑基礎(chǔ)等的高配筋率、無基底約束的樓板配筋率不足等膨脹劑作用的條件也隨之發(fā)生變化。

2.1用于大體積混凝土?xí)r溫升的影響

混凝土強(qiáng)度提高，流動性增大，則水泥用量增多，較大體積的混凝土中溫升增高。取代等量的水泥膨脹劑，由于含鋁相組分和石灰的水化熱較大，并不會降低混凝土的溫升，反而可能使混凝土溫升有所提高。當(dāng)在水會比為0.45左右、使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥而摻入膨脹劑時，混凝土的決熱溫升可達(dá)55攝氏度，對于厚度超過1米的基礎(chǔ)底板，在常溫下，其混凝土內(nèi)部的溫度會超過75攝氏度。如果施工中控制不當(dāng)，膨脹劑產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力不足以補(bǔ)償溫差應(yīng)力時，就會發(fā)生開裂。

2.2約束條件與膨脹的關(guān)系

對于水泥混凝土，無約束的自由收縮不會引起開裂，有約束的收縮在內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力達(dá)到某值時必然引起收縮；而無約束的自由膨脹會使混凝土內(nèi)部疏松，甚至開裂，約束下的膨脹則使混凝土內(nèi)部緊密，補(bǔ)償混凝土的收縮。在建筑物中的水泥混凝土都處于諸如鋼筋、模板、基底以及相鄰部位的約束下，各種原因引起的收縮都會產(chǎn)生不同程度的開裂。摻用膨脹劑的作用是利用約束下的膨脹變形來補(bǔ)償收縮變形。將早期膨脹和結(jié)束濕養(yǎng)護(hù)后的收縮相疊加不產(chǎn)生使混凝土中出現(xiàn)拉應(yīng)力的負(fù)變形，則裂縫就能完全防止。因此，不能只叢砂漿和混凝土自由的膨脹和收縮來討論裂縫的防止，必須同時考慮約束的條件，約束必須恰當(dāng)：約束太小時，產(chǎn)生過大的膨脹，會削弱混凝土的強(qiáng)度，甚至開裂；約束太大時，膨脹率太小，不足以補(bǔ)償收縮。

3 施工及檢驗(yàn)中的問題

目前對膨脹劑的使用既無設(shè)計(jì)規(guī)程，也無施工規(guī)程，只是在防水工程施工的規(guī)程中提到，使用膨脹劑防水時必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，大體積混凝土必須分層澆筑，但是極少有人認(rèn)真執(zhí)行。主要存在以下幾個問題：

3.1關(guān)于混凝土的攪拌

攪拌對于混凝土的勻質(zhì)性具有關(guān)鍵性意義。目前采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，使用混凝土拌和物的勻質(zhì)性得到提高，但仍不能忽視攪拌時間的影響。

普通混凝土發(fā)攪拌時間需達(dá)75s，才能得到最小的變異系數(shù)。對于高性能混凝土，由于水膠比低，又增加了諸多組分，攪拌時間應(yīng)當(dāng)更長，尤其是高效減水劑、膨脹劑等的摻量很少，攪拌時間不足時，會明顯影響混凝土拌和物的勻質(zhì)性。《高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》規(guī)定總攪拌時間應(yīng)不少于2min,而目前許多攪拌站的實(shí)際攪拌時間只有30s。其理由是用攪拌車運(yùn)輸時還要不斷攪拌。但是攪拌車上的是自落式攪拌機(jī)，運(yùn)輸時不斷攪拌的主要目的是防止摻減水劑的混凝土拌和物因具有觸變性質(zhì)而假凝，與在攪拌站的強(qiáng)制式攪拌機(jī)的均勻攪拌是不同的。不摻膨脹劑時，混凝土是否均勻在表面上看不出，但摻膨脹劑后，由于膨脹劑在混凝土中分布不均勻，必然會因膨脹不均勻而引起開裂。有的工地預(yù)留摻膨脹劑的混凝土試塊在養(yǎng)護(hù)過程中有的發(fā)生開裂，顯然是因該部分拌和物含有過多的膨脹劑所致。

3.2關(guān)于混凝土的養(yǎng)護(hù)

保持充足的水分是水泥水化和膨脹劑組分反應(yīng)的保證，因此水養(yǎng)護(hù)是摻膨脹劑的混凝土施工的重要措施。試驗(yàn)表明，在水養(yǎng)護(hù)下膨脹速率至少在14d以后才趨于緩和，《混凝土膨脹劑》將檢測限制膨脹率 的水養(yǎng)護(hù)時間該成7d，以適應(yīng)工地的實(shí)際情況。但是許多工地實(shí)際上澆水養(yǎng)護(hù)只能維持3d，或者不能保證連續(xù)澆水。高性能混凝土的水灰比很底，內(nèi)部自由水少，需要及時加強(qiáng)連續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)；加膨脹劑后，尤其需要重視早期連續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)。一旦在早期沒有及時澆水，或澆水中斷，則混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔就會被切斷，再恢復(fù)澆水時，水進(jìn)不到內(nèi)部，使水化消耗本來就很少的自由水后，產(chǎn)生較大的自收縮。

3.3關(guān)于設(shè)縫

摻用膨脹劑的混凝土仍應(yīng)設(shè)置沉降縫、伸縮縫，伸縮縫間距可適量加大。過于增加伸縮縫間距雖然能取得一些施工便利，但對建筑物卻會帶來麻煩。一般不宜超過50-60米。完全不設(shè)縫的做法是不慎重的。配置鋼筋網(wǎng)或采用后澆帶的做法可以加長伸縮縫的間距。但是也不宜完全取消伸縮縫，而且后澆帶的澆筑應(yīng)當(dāng)在已澆筑的摻膨脹劑混凝土收縮穩(wěn)定后進(jìn)行。一般，1個月收縮量為最終收縮是40%，3個月的收縮量是最終收縮量的60%。因此后澆縫至少應(yīng)在3個月后澆筑，至少也要在膨脹結(jié)束后的1個月進(jìn)行。而在實(shí)際工程中后澆帶的澆筑往往在膨脹混凝土澆筑后的28d就進(jìn)行了，甚至28d都等不到。因此就發(fā)生做了后澆帶仍未避免開裂的情況。

3.4膨脹劑的檢驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對膨脹劑使用小試件和標(biāo)準(zhǔn)縱向限制器進(jìn)行檢驗(yàn)，而實(shí)際結(jié)構(gòu)中混凝土所受的約束是很難估計(jì)的，不僅有鋼筋的約束，還有鄰位的限制。鋼筋的約束主要由鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力來提供，與試驗(yàn)中主要由標(biāo)準(zhǔn)限制器兩端鋼板的約束是不同的。后者不僅約束程度大，而且約束產(chǎn)生的應(yīng)力是均勻的，而前者約束力則在縱向是不均勻的。因此需要研究在實(shí)際工程中使用膨脹劑如何控制約束和膨脹的協(xié)調(diào)，以利膨脹劑效用的發(fā)揮。如何判斷實(shí)際結(jié)構(gòu)中膨脹劑的效能，尤其是在一些密筋的結(jié)構(gòu)中。

4 結(jié)束語

（1）當(dāng)前膨脹劑應(yīng)用中出現(xiàn)一些問題，主要源于缺少對新形式和新條件下提出的問題進(jìn)行深入的基礎(chǔ)研究。科學(xué)研究是無止境的，任何技術(shù)都不會一勞永逸，總要不斷修正，否定之否定，不斷進(jìn)步。

（2）建筑工程和施工技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)計(jì)和施工人員的要求越來越高，應(yīng)不斷更新知識，提高素質(zhì)，才能加以適應(yīng)。對膨脹劑也必須具有專門的知識，采取正確使用技術(shù)，才能成功地使用。

（3）盲目生產(chǎn)、使用和發(fā)展的結(jié)果必定是絕對的肯定到?jīng)Q定的否定。受損失的不僅是生產(chǎn)者，更重要的是會使混凝土的技術(shù)進(jìn)步走彎路。在當(dāng)前市場經(jīng)濟(jì)的條件下，提高知識水平并舍得投資進(jìn)行科學(xué)研究才是生產(chǎn)廠家參與市場競爭有遠(yuǎn)見的明智之舉。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邱玉深.如何正確使用混凝土膨脹劑[J]；混凝土.