混凝土膨脹劑

混凝土膨脹劑混凝土膨脹劑的發(fā)展史美國(guó)科學(xué)家Lossier于1936年前后利用鈣礬石的膨脹作用制備了化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土，奠定了重要的基礎(chǔ)。隨后，美國(guó)開(kāi)始研發(fā)膨脹混凝土。1958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(zhuān)利。該水泥在1963年開(kāi)始用于收縮補(bǔ)償混凝土，并大量生產(chǎn)，在多種結(jié)構(gòu)中推廣使用。1965~1972年間，日本購(gòu)買(mǎi)了美國(guó)K型膨脹水泥專(zhuān)利，并在此基礎(chǔ)上，研制成功了硫鋁酸鈣膨脹劑（CalciumSulfo-Aluminate，簡(jiǎn)稱(chēng)CSA）。這種膨脹劑是用石灰石、礬土和石膏配制生料，經(jīng)電融燒制成的一種含有C4A3S、CaO和CaSO4的熟料，然后將其粉磨成粉狀產(chǎn)品，這種產(chǎn)品應(yīng)用于收縮補(bǔ)償混凝土和自應(yīng)力混凝土，取得很大成功。1970年，日本小野田公司還成功開(kāi)發(fā)了石灰系膨脹劑，它是用石灰石、石膏和黏土配制成生料，經(jīng)1400℃左右煅燒成含有40%~50%的游離氧化鈣膨脹熟料，再經(jīng)粉磨制成石灰系膨脹劑。他通過(guò)CaO水化生成Ca(OH）2使混凝土產(chǎn)生膨脹，但是由于水化后的穩(wěn)定性受許多因素影響，Ca(OH）2的膠凝性和防滲性較差，抗硫酸鹽侵蝕性能不良，這種膨脹劑并未受到普遍重視。20世紀(jì)90年代后期，美國(guó)的P.K.Mehta等為解決大體積混凝土溫差裂縫問(wèn)題，提出了在水泥中參入5%MgO的設(shè)想。他認(rèn)為，只要MgO煅燒溫度控制在900~950℃之間，物料粒徑控制在300~1180μm，MgO所產(chǎn)生的膨脹速率是符合補(bǔ)償大體積混凝土冷縮要求的，MgO膨脹劑也是膨脹劑中重要的種類(lèi)之一。二、膨脹劑的種類(lèi)與作用機(jī)理1、氧化鈣類(lèi)膨脹劑氧化鈣遇水發(fā)生水化，形成氫氧化鈣：CaO+H2O=Ca(OH)2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。氧化鈣類(lèi)膨脹劑就是利用這一原理研制成功的。但由于氧化鈣接觸水后水化十分激烈，且放熱量大，生石灰不能直接用作膨脹劑，否則摻入這種物質(zhì)的水泥混凝土拌合后還未硬化，氧化鈣卻已水化完畢，不能使硬化混凝土產(chǎn)生體積膨脹。為延緩氧化鈣水化，一般可采取兩種措施，即過(guò)燒生石灰或?qū)ι疫M(jìn)行表面處理。過(guò)燒生石灰將碳酸鈣加熱到1400℃左右，分解后得到過(guò)燒生石灰。將過(guò)燒生石灰粉末至一定細(xì)度，就得到過(guò)燒生石灰膨脹劑。表面處理的生石灰采用具有憎水或隔離作用的有機(jī)物對(duì)生石灰顆粒表面進(jìn)行處理，可以延緩其水化速率。2、硫鋁酸鈣類(lèi)膨脹劑硫酸鋁類(lèi)膨脹劑是工程中最常見(jiàn)的膨脹劑，其反應(yīng)通式為：6CaO+3Al2O3+3SO3+96H2O3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O屬于硫鋁酸鹽類(lèi)膨脹劑的主要有CSA膨脹劑和明礬石膨脹劑。3、硫鋁酸鈣-氧化鈣類(lèi)復(fù)合膨脹劑含有兩種及兩種以上膨脹原的膨脹劑通常稱(chēng)為復(fù)合膨脹劑。硫鋁酸鈣-氧化鈣類(lèi)膨脹劑有效利用了鈣礬石的膨脹作用和生石灰水化形成氫氧化鈣結(jié)晶體的膨脹作用。這方面有我國(guó)的CEA膨脹劑：CaO+H2OCa(OH)2K2SO4.Al(SO4)3.4Al(OH)3+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O3(C3A.3CaSO4.32H2O)硫鋁酸鈣-氧化鈣類(lèi)膨脹劑的摻量較硫鋁酸鈣類(lèi)膨脹劑的摻量小，但比氧化鈣類(lèi)膨脹劑的摻量大。4、氧化鎂類(lèi)膨脹劑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：MgO+H2OMg(OH)2氧化鎂膨脹劑一般應(yīng)用于水工建筑中。（是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的項(xiàng)目）三、膨脹劑在混凝土中的用量混凝土膨脹劑在混凝土中的參量一般比較大，氧化鈣類(lèi)膨脹劑的摻量一般為水泥質(zhì)量的3%-5%，硫鋁酸鈣類(lèi)膨脹劑的摻量一般為水泥質(zhì)量的8%-12%，且需要膨脹率大時(shí)，它們的摻量應(yīng)該更大。膨脹劑一般按照內(nèi)摻法進(jìn)行，其計(jì)算方法為：膨脹劑摻量=m膨脹劑/（m水泥+m膨脹劑）×100%式中：m膨脹劑——膨脹劑質(zhì)量m水泥——水泥質(zhì)量四、膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響1、對(duì)混凝土膨脹率的影響以下除對(duì)比變量外，其他控制變量都相同膨脹劑摻量越大，混凝土的膨脹能越大?；炷僚浣盥试酱?，膨脹率越小。2、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(lèi)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(lèi)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。3、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。4、對(duì)混凝土強(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。5、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?xún)?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。6、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。由于混凝土抗?jié)B性提高，摻膨脹劑可以同時(shí)改善混凝土抗凍性。五、混凝土膨脹劑在工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題1、摻膨脹劑的混凝土其膠凝材料用量不得太低如果膠凝材料用量過(guò)低，一方面不能混凝土和易性要求，另一方面也不能有效發(fā)揮膨脹作用和補(bǔ)償收縮作用。膠凝材料用量應(yīng)符合下表：摻膨脹劑混凝土膠凝材料最少用量膨脹混凝土種類(lèi)膠凝材料最少用量（kg/m3）補(bǔ)償收縮混凝土300填充用膨脹混凝土350自應(yīng)力混凝土5002、水泥用量用于有抗?jié)B要求的補(bǔ)償收縮混凝土，水泥用量應(yīng)不小于320kg/m3，當(dāng)摻入摻合料時(shí)，其水泥用量不應(yīng)小于280kg/m3。3、水膠比水膠比不宜過(guò)大。水膠比太大，一方面會(huì)使混凝土抗壓強(qiáng)度過(guò)低，另一方面也不利于混凝土的抗?jié)B性和耐久性。摻膨脹劑的混凝土其水膠比不宜大于0.50。4、膨脹劑摻量不同膨脹劑摻量不同。為保證膨脹率，膨脹劑的摻量必須足夠，同時(shí)，膨脹劑的摻量不得過(guò)大，過(guò)大會(huì)危害到混凝土的強(qiáng)度和耐久性。以硫鋁酸鹽類(lèi)膨脹劑為例，在補(bǔ)償收縮混凝土中的摻量不宜大于12%，不宜小于6%。在填充用膨脹混凝土中的摻量不宜大于15%，不宜小于10%。5、膨脹劑與其他外加劑的適應(yīng)性膨脹劑與大多數(shù)外加劑都可復(fù)合使用，但應(yīng)特別注意，膨脹劑不宜與氯鹽類(lèi)外加劑復(fù)合使用，與防凍劑復(fù)合使用時(shí)應(yīng)慎重。同時(shí)，膨脹劑與泵送劑復(fù)合使用時(shí)往往影響混凝土的坍落度保持性，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)他們的適應(yīng)性。膨脹劑與聚羧酸系減水劑的適應(yīng)性較好。6、膨脹劑的摻加方法和摻膨脹劑混凝土的攪拌粉狀膨脹劑應(yīng)與混凝土其他原料一起投入攪拌機(jī)，拌和時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)30s。7、摻膨脹劑混凝土的澆注、振搗摻膨脹劑混凝土在計(jì)劃澆注區(qū)段內(nèi)應(yīng)連續(xù)澆注，不得中斷?；炷翝沧⒁噪A梯式推進(jìn)，澆注間隔時(shí)間不得超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間，不得出現(xiàn)冷縫?；炷烈詸C(jī)械振搗為宜，不得漏振、欠振或過(guò)振?；炷两K凝前，應(yīng)采用抹面機(jī)械或人工多次抹壓，以封閉表面發(fā)絲裂紋，防止開(kāi)裂。六、混凝土膨脹劑舉例EA-L型混凝土膨脹劑附：膨脹劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)