淺談膨脹劑在抗滲混凝土中的應用

李茜茜，李全堂

（1. 河北三楷深發科技股份有限公司，河北　石家莊　051430；2. 中鐵十二局集團一公司，陜西　西安　71000）

淺談膨脹劑在抗滲混凝土中的應用

李茜茜1，李全堂2

（1. 河北三楷深發科技股份有限公司，河北石家莊051430；2. 中鐵十二局集團一公司，陜西西安71000）

配制抗滲混凝土，主要靠控制骨料級配增加致密度、選擇合適的水膠比、加入引氣劑產生細小封閉氣孔封閉滲透水路這三種基本方法；加入膨脹劑可使混凝土在凝結的過程中，發生微膨脹，起到補償收縮作用，防止混凝土的收縮裂縫，還可提高混凝土的密實性，產生防水作用；摻膨脹劑配制抗滲混凝土，是一種補充加固方法。抗滲混凝土是否摻用膨脹劑，要結合圖紙設計和工藝要求。

抗滲混凝土；膨脹劑；收縮；補償；引氣減水劑

0　序言

混凝土膨脹劑的功能是使硬化后的混凝土產生一定的體積膨脹，抵消混凝土硬化早期產生的體積收縮。膨脹劑已經廣泛地應用于補償收縮混凝土、填充用膨脹混凝土、自應力混凝土和灌漿膨脹砂漿。任何防水混凝土結構，防滲與抗裂同樣重要，不裂就不滲。膨脹劑能起到結構自防水和延長伸縮縫的間距的作用，而且使用更加方便，價格比較低廉，所以為了提高混凝土的抗滲性能，防止混凝土收縮而產生的裂縫，在混凝土中經常加入膨脹劑來提高抗裂性和密實性。

1　混凝土的膨脹劑

1.1混凝土的膨脹劑的膨脹機理

膨脹劑主要材料是：硫鋁酸鹽和鈣礬石，輔料有粉煤灰、石膏、煤矸石、高嶺土、鈣礬石等按比例合成。膨脹劑在混凝土中因化學反應而產生微膨脹效應，在鋼筋約束下，這種膨脹轉變成壓應力，減少或消除混凝土干縮和凝縮時的體積縮小，使混凝土致密化，從而防止混凝土收縮開裂。

1.2膨脹劑在抗滲混凝土中的作用

膨脹劑主要是密實混凝土，膨脹混凝土是防止混凝土凝固后的收縮變形，防止開裂；抗滲混凝土是防止滲漏的，兩者的區別，膨脹，主攻對縫的解決。抗滲，主攻對水的防御。設縫的地方，我們希望不要漏水。有水的地方，希望不要有裂縫。兩者的結合，就是功能完善的技術方案。

膨脹劑抗滲混凝土使用部位主要為地下室外墻及底板，即所有能與地下水發生直接接觸的部位以及其他有抗滲要求的混凝土工程。微膨脹混凝土主要適用于后澆帶（伸縮后澆帶和沉降后澆帶）以及鋼管混凝土和大壩回填槽等。

2　抗滲混凝土的配合比設計

2.1抗滲混凝土的配合比方案選擇

（1）設計圖紙說明有明確要求摻用膨脹劑的，必須摻配，否則不能進行工程驗收。作為商品混凝土攪拌站，混凝土增加一個指標價格就提高一部分，增加收入正是經營者的期望。

（2）使用部位有要求的，如后澆帶（伸縮后澆帶和沉降后澆帶）以及鋼管混凝土和大壩回填槽等，必須要摻用膨脹劑的。作為商品混凝土拌和站，施工方沒提方案還得提醒用戶是否需要摻加以保證工程質量。

（3）沒有明確要求的，可按照按照抗滲混凝土配合比設計進行試配以實測抗滲等級降低 0.2MPa 使用。

2.2抗滲混凝土的配制技術路線

2.2.1控制原材料

（1）水泥宜采用普通硅酸鹽水泥，粉煤灰等級為Ⅰ級或Ⅱ級，如用磨細礦碴時等級不小于 S95 級。

（2）粗骨料宜采用連續級配，最大粒徑不宜大于40mm，含泥量不得大于 1.0%，泥塊含量不得大于 0.5%。

（3）細骨料宜采用中砂，含泥量不得大于 3.0%，泥塊含量不得大于 1.0%，砂率宜為 35%～45%。

2.2.2抗滲混凝土的配制方法

（1）控制水膠比：水灰比應滿足 JGJ 55—2001《普通混凝土配合比設計規程》抗滲混凝土最大水膠比的規定（見下表 1），且膠凝材料用量不小于 320kg。

表1　抗滲混凝土最大水膠比的規定

摻用高效減水劑或高性能減水劑，可有效降低水膠比，它是抗滲混凝土的基本方法。

（2）摻用引氣劑，含氣量控制在 2.0%～4.0%。

（3）摻用膨脹劑，使混凝土在凝結的過程中，發生微膨脹，起到補償收縮作用和提高混凝土的密實性，形成防水作用。

（4）摻用防水劑，起到封閉混凝土中毛細孔，達到結構自防水作用。

3　配制抗滲混凝土各種方法分析比較

3.1摻用高效減水劑或高性能減水劑降低水膠比

在混凝土中摻入減水劑后，由于減水劑的吸附—擴散作用，得以將水泥凝裹體中所包裹的游離水釋放出來，顯著地改善了混凝土的施工和易性。因此，在滿足一定和易性要求時，可以減少拌合水用量，從而減少混凝土游離水的數量和減少水分蒸發后留下的毛細孔道，提高了混凝土的密實性，同時也提高了抗滲性。

水泥用量是影響混凝土各項性能指標的一個重要因素，水泥用量不足，將會影響混凝土的和易性、密實性、抗滲性和耐久性。水泥用量過多，除浪費外，還會使混凝土收縮增大，易出現裂縫。摻減水劑降低水膠比，增加密實度，是一種常用的抗滲方法。

表2　常用泵送混凝土配合比膠材用量、水灰比參考值

3.2摻用引氣劑增加混凝土內微細圓形封閉氣孔

用于混凝土中的引氣劑主要是聚乙二醇型的非離子型表面活性劑，含羥基、羧基、氨基和酰胺基、烷基酚、脂肪酸等的憎水原料都可與環氧乙烷反應得到所需的引氣劑。

在混凝土中加入引氣劑，會形成一些細小的圓形封閉氣孔，可進一步提高混凝土的流動性，減少拌合物的離析和泌水，提高混凝土的均勻性，改善混凝土的耐久性（抗滲性、抗凍性）。混凝土的滲透是兩個連續的過程，即毛細作用使連通的毛細孔中充水，然后有壓力（水頭）的水通過。引氣劑引入的是小于 200μm 的圓形封閉氣孔，可切斷毛細孔的通路，大大降低毛細作用而提高抗滲性。抗滲混凝土的含氣量一般控制在 2.0%～4.0%。

摻用引氣劑，可減少用水量，降低水膠比，改善混凝土和易性，一舉多得。

摻用引氣劑抗滲混凝土設計步驟為：選擇合格原材料→選取合適的水膠比→再摻用引氣劑，利用泵送高效減水劑或高性能聚羧酸減水劑，不需另外添加其它外加劑即可達到效果，經濟可靠，是首選方案。

3.3三乙醇胺防水混凝土

3.3.1防水機理

三乙醇胺具有催化作用。在混凝土拌合物中摻入微量時（0.03%～0.05%），可加速水泥的水化，使水泥在早期生成較多的水化產物，奪取較多的水與其結合，相應地減少游離水，也就減少了由于游離水蒸發而留下的毛細孔，從而提高了混凝土的密實度，進而提高抗滲性。

3.3.2適用范圍

三乙醇胺做為防水劑，可以單獨使用，與早強劑復配使用效果更為顯著。過去的早強劑以氯化鈉、亞硝酸鈉為主，因氯化鈉產生鋼筋銹蝕，現在的早強劑多采用甲酸鈣，早強效果與氯化鈉相近，甲酸鈣摻量占水泥用量 0.5% 左右。

三乙醇胺早強劑抗滲混凝土抗滲壓力最大可達 3.8MPa，配制 1.2～2.4 MPa 的抗滲混凝土較容易實現。

4　膨脹劑在抗滲混凝土中的應用

4.1摻膨脹劑補償混凝土收縮

混凝土在凝結初期或硬化過程中由于各種原因引起的隨時間變化而發生的體積縮小現象，容易導致產生裂縫。如果混凝土摻加膨脹劑，會補償混凝土收縮。

膨脹劑在混凝土中因化學反應而產生膨脹效應。在鋼筋作用約束下，這種膨脹轉變成壓應力，減少或消除混凝土干縮和凝縮時的體積縮小，從而防止混凝土收縮開裂，并使混凝土致密化。抗滲混凝土是防止滲漏的，膨脹混凝土是防止混凝土凝固后的收縮變形產生的裂縫，抗裂也是抗滲的一種技術措施。

抗滲混凝土在地下室外墻及底板，即所有能與地下水發生直接接觸的部位以及其他有抗滲、抗裂要求的混凝土工程，使用較多。

4.2摻膨脹劑的抗滲混凝土混凝土的配合比設計應符合下列規定：

（1）水膠比不宜大于 0.5；

（2）用于有抗滲要求的補償收縮混凝土的水泥用量應不小于 320kg/m3，當摻入摻合料時，其水泥用量不應小于280kg/m3。

4.3摻膨脹劑混凝土的檢驗及性能要求

（1）施工用補償收縮混凝土，其性能應滿足表 3 的要求。

（2）填充用膨脹混凝土，其性能應滿足表 4 的要求。

（3）摻膨脹劑的混凝土品質，應以抗壓強度、限制膨脹率和限制干縮率的試驗值為依據。有抗滲要求時，還應做抗滲試驗。

表3　補償收縮混凝土的性能

表4　填充用膨脹混凝土的性能

4.4大體積抗滲混凝土的澆筑的緩凝時間要求

大體積混凝土在計劃澆筑區段內連續澆筑混凝土，不宜中斷。混凝土澆筑以階梯式推進，澆筑間隔時間不得超過混凝土的初凝時間，一般不少于 10 小時。混凝土終凝前，應采用抹面機械或人工多次抹壓。

4.5摻膨脹劑抗滲混凝土的經濟性考慮

在混凝土中摻加膨脹劑采用超量取代法，成本明顯增加。如果采用膠材等量取代法，可節省一部分膠材，成本相對減少一些。因此在設計摻膨脹劑抗滲混凝土時，盡量考慮膠材等量取代法。

5　小結

（1）控制混凝土原材料、選擇合適水膠比、摻用引氣劑性這三項措施是抗滲混凝土的基本配制方法，它可滿足一些沒有特殊要求的抗滲混凝土；如果設計圖紙有要求，可根據需要增加膨脹劑或其它外加劑品種。

（2）摻加膨脹劑可防止混凝土收縮開裂并增加致密性，如設計圖紙有明確要求摻用膨脹劑的或使用部位有要求的，必須摻配，否則不能進行工程驗收。

（3）任何抗滲混凝土最后必須要進行抗滲試驗驗證，按照設計配合比進行試配，以實測抗滲等級降低 0.2MPa 使用。

（4）加膨脹劑并不等于抗滲性就好，如果加膨脹劑的混凝土養護不到位，更容易出現裂縫，因此，澆筑完成的混凝土必須按照施工要求進行養護。

[1] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，2005．

[2] 雍本．特種混凝土設計與施工[M]．北京：中國建筑工業出版社，1993．

[3] GBJ 50119－2003．混凝土膨脹劑應用技術規范[S]．

［通訊地址］河北三楷深發科技股份有限公司（051430）

李茜茜（1988—），女，碩士，助理工程師，河北三楷深發科技股份有限公司，研發方向：混凝土外加劑。