混凝土外加剂膨胀剂

混 凝 土 外 加 剂 膨胀剂 目录/Contents0102030405 基本概述作用机理对混凝土性能的影响分析膨胀性能影响因素分析公路工程中的应用 膨胀剂定义概述/Summary膨胀剂是指掺入到混凝土中，通过产生一定的限制膨胀，补偿混凝土的收缩，有利于提高混凝土的抗渗防裂的物质。 类别膨胀源特点硫铝酸钙类与水泥和水拌和,经水化反应生成钙矾石膨胀组分硫铝酸钙类，以硫铝酸盐熟料、明矾石和石膏作原料粉磨而成（UEA、CSA等），其中硫铝酸钙类膨胀剂UEA系列占膨胀剂总量的8 0 %。石灰类主要利用CaO水化硬化过程中的体积膨胀（Ca(0 H)2）氧化镁类利用MgO如生成Mg(0 H)2结晶铝酸钙类与水泥和水拌和,经水化反应生成钙矾石膨胀组分复合膨胀剂基本成分为硫铝酸钙、氧化钙、氧化镁和氧化铁，若膨胀剂的组成中包括两种或两种以上的组分则称为复合膨胀剂 膨胀剂类型概述/Summary根据膨胀源的化学性能分为：我国主要膨胀剂的组成情况 膨胀剂主要功能概述/Summary膨胀剂主要用于配制膨胀混凝土，功能集中在防渗和抗裂两个方面。主要应用膨胀混凝土还可以直接用膨胀水泥配制，但是采用掺加膨胀剂易于控制膨胀量，所以发展膨胀剂代替膨胀水泥是目前膨胀混凝土的发展方向用于结构自防水工程，如高层建筑基础和地下室等用于刚性防水屋面和侧浴间的刚性防水用于特种结构工程，如体育馆看台、污水处理厂、地铁工程用于大体积混凝土结构工程，如大型混凝土结构基础，大 型设备基础用于不裂路面和机场跑道 02 作用机理 7 2.1 混凝土开裂的变形解释如果混凝土结构不受任何约束，可以自由收缩不会产生裂缝，因为混凝土收缩时产生的是“相向变形”如果混凝土在收缩时四周或端部受到限制或约束，它不能自由收缩,在混凝土内部会产生拉应力，即产生“背向变形”当混凝土体积内部的拉伸变形达到或超过混凝土的极限拉伸变形时就会产生裂缝。混凝土变形常常受到钢筋及其周围混凝土的限制,因此混凝土开裂最主要的因素是 限制收缩 8 2.1 混凝土开裂的变形解释研究表明混凝土收缩裂缝间距有以下表达式： 设法提高混凝土的极限拉伸率是不太可能的，而设法降低温差引起的变形还是可行的。分析左式对于膨胀混凝土来说，由于经过一定的龄期后要产生一定的限制膨胀(t) ，如一般的膨胀混凝土在天时的限制膨胀率为2410-4，按 T=(t)/ 计算可得温差 T 为 2040式中：k常数，与混凝土的体积、弹性模量和约束系数有关； 混凝土的温度线膨胀系数；T综合温差；P混凝土的极限拉伸率；arcosh双曲余弦的反函数。 9 2.2 补偿收缩模式 补偿收缩混凝土的补偿模式 1979年我国建材院吴中伟教授提出的混凝土补偿收缩混凝土模式如右图对于膨胀混凝土来说,其自由膨胀率比普通混凝土大得多随着龄期的延长,膨胀混凝土其膨胀率呈现回落趋势,但到一定龄期后膨胀率不再降低,总体仍处膨胀状态;而普通混凝土其微小的膨胀随着龄期的增长出现较大降低,到一定龄期后已处于收缩状态。 补偿收缩模式认为只要混凝土的收缩不超过混凝土的极限延伸率，混凝土便不会开裂 10 2.2 补偿收缩模式研究表明 采用膨胀剂技术后，由于膨胀剂在水泥水化和硬化过程中产生体积膨胀，在钢筋和邻位的限制下，可在结构内建立自应力值0.2 MPa0.7MPa，这相当于提高了混凝土的抗拉强度由此可见，补偿收缩混凝土一方面推迟了收缩的产生过程；另一方面，抗拉强度在此过程中获得了较大幅度的增长，当混凝土收缩开始时，其抗拉强度已 经增长到足以抵抗混凝土收缩变形的强度，从而减少或防止了混凝土裂缝诉出现。还有一些从膨胀源入手的微观研究理论，如结晶膨胀理论、胶体吸水肿胀学说等， 03 对混凝土性能的影响分析 12 膨胀剂对混凝土性能的影响 膨 胀 剂 对 新 拌 混 凝 土 的 影 响影响 （1）坍落度（2）泌水率（3）凝结时间膨 胀 剂 对 硬 化 混凝 土 的 影 响（1）强度（2）抗渗性（3）抗冻性（4）水化热 13 掺硫铝酸盐系、石灰系、复合型膨胀剂有相同的影响，使坍落度减小。原因：在水泥水化的同时膨胀剂也迅速水化生成明矾石或氢氧化钙，与水泥有 “争水”现象坍落度 掺硫铝酸盐系、石灰系、复合型膨胀剂比不掺时要低，原因是由于早期膨胀而水化较充分。泌水率掺硫铝酸盐膨胀剂、石灰膨胀剂及两者复合膨胀剂均使凝结时间缩短一些。这主要是因为膨胀剂早期生成了钙矾石加快了水化速度因而混凝土凝结时间略有缩短。凝结时间新 拌 混 凝 土 膨胀剂对混凝土性能的影响 14 强度在限制的情况下，掺加膨胀剂取代等量水泥对混凝土强度（抗压与抗折）无明显的不利影响。早期强度略 比 不 加 的 提 高 ，28d强度略降低。但在养护条件好的情况 下，后期强度会因为混内部的密实性增加提高。 抗渗性 对水化热影响膨胀剂补偿收缩同时提高密实性，在水化过程中生成大于自身体积的水化产物。如硫铝酸盐系膨胀剂生成钙矾石体积为原来145%，其针棒状的晶体随着结构的形成，逐步在构架中搭接延伸堵塞空隙和切断毛细管通路，使结构更致密，提高抗渗标。 抗 冻 性 与 抗 渗性 同 表 示 混 凝土 的 耐 久 性 ，膨胀剂的掺入，自 于 增 加 了 混凝 土 密 实 性 ，其 抗 冻 性 能 应有所改善。 水化热早期增加，但之后和放热速率大幅下降。后期的水化热比不掺的水泥净浆小得多。因为一方面膨胀剂取代部分水泥使整个体系的后期水化热下降；另一方面生成大量的钙矾石覆盖在未水化的水泥颗粒表面，使得水化速度和水化放热速率减慢。抗冻性 膨胀剂对混凝土性能的影响 膨 胀 剂 对 硬 化 混凝 土 的 影 响 04 膨胀性能影响因素分析 16 膨胀剂掺量湿养时间养护温度养护湿度其它胶集比水胶比矿物掺和料 1 234567 8膨胀剂性能影响因素 17 膨胀剂性能影响因素1、不同掺量的膨胀剂在潮湿环境中膨胀情况： 当UEA的掺量超过12%后，膨胀值很大，15%的试件后期膨胀超过了10%以上，很容易引起混凝土试件的胀裂，因此，常温潮湿环境中，UEA膨胀剂的膨胀能较好地发挥，补偿收缩UEA的适宜掺量为 8%12% 18 膨胀剂性能影响因素2、不同湿养时间对混凝土膨胀剂限制膨胀的影响： 水养时间越长，其限制膨胀率也越大，后期剩余的限制膨胀率也较大，混凝土不容易产生裂缝。但水养超过14天的试件其限制膨胀率较大，超过了补偿收缩混凝土产生的自应力。因此掺 UEA 膨胀剂的混凝土适 合水养的时间是 714 天。 19 膨胀剂性能影响因素3、温度对混凝土膨胀剂限制膨胀的影响： 由于膨胀剂的膨胀源钙矾石受温度的影响较大，在早期经历了高温后，即使后期试件放到潮湿环境中，经历240天后，限制膨胀率还是很低，说明后期的延迟钙矾石并没有生成。因此也就不能产生较大的膨胀 能，限制膨胀率比较小。 20 膨胀剂性能影响因素4、湿度对混凝土膨胀剂限制膨胀的影响： 钙矾石的生成需要大量的水份，湿度对膨胀剂的膨胀性能有很大的影响。湿度小，其早期限制膨胀率就小，但后期又能发展，将产生延迟钙矾石，易导致混凝土开裂。同时在湿度较低时，钙矾石晶体可能失水，但晶体结构不改变，细小的晶体起填充作用，不能产生膨胀能。 21 膨胀剂性能影响因素5、矿物掺合料对混凝土膨胀剂限制膨胀的影响：原状粉煤灰中玻璃微珠表面结构致密，Ca 2+的吸附能力差，早期颗粒表面层的SiO2很难溶解，活性难以发挥，不会影响到UEA作用的发挥。而磨细灰颗粒表面性状发生改变，表面能增高，表面层对 Ca2+的吸附能力增强，促进SiO2的溶解，从而增加了粉煤灰的活性。 22 膨胀剂性能影响因素6、水胶比对混凝土膨胀剂限制膨胀的影响 ： 当水胶比很低时，膨胀剂参与水化而产生的膨胀的组分数量会受到影响，那么，早期未参与水化的膨胀剂组分，在混凝土的使用期间，在合适的条件下，能生成二次钙矾石（或称为延迟钙矾石）而破坏混凝土结构。 23 膨胀剂性能影响因素7、胶集比对混凝土膨胀剂限制膨胀的影响： 从试验数据可以看出，随着胶集比的减小，限制膨胀率是下降的，这主要是因为胶集比小时，其胶凝材料较少，相应的UEA的总量也就少，膨胀功就小，膨胀率也就小了。 05 膨胀剂的工程应用 25 用途补偿收缩的抗裂混凝土后浇带等处使用的膨胀混凝土或砂浆钢筋混凝土构件使用的自应力混凝土膨胀剂掺量：6%10%膨胀剂掺量：8%15% 膨胀剂掺量：10%20%（最高可达25%） 膨胀剂的工程应用 26 膨胀剂的工程应用 27 膨胀剂的工程应用氧化钙类膨胀剂不得用于海水和有硫酸盐侵蚀性环境的水泥混凝土结构。掺膨胀剂的混凝土适用于结构边界约束、钢筋约束条件下的水泥混凝土结构和填充 性水泥混凝土结构，不适用于可自由伸缩的水泥混凝土结构。适用范围 28 膨胀剂的工程应用掺膨胀剂的水泥混凝土施工要点 水泥：不得使用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和高铝水泥膨胀率检验：膨胀剂运至工地或搅拌站后，应进行限制膨胀率检验。由各类膨胀剂带入每m3混凝土的含碱量（%）乘以其膨胀剂掺量（kg/ m3）计算。膨胀剂掺量：膨胀剂应等量取代水泥，并按等量取代法 计算掺量。与外加剂复配使用：膨胀剂可与外加剂复合使用，但必须具备良好的适应性，并不得使用氯盐类外加剂。膨胀剂与防冻剂复合使用应慎用。 29 填充膨胀砂浆施工 （1）填充膨胀砂浆的水料比一般宜为0.140.16，拌和时间不宜少于3min。（2）填充膨胀砂浆可使用人工或机械填充方式，浇筑时可使用竹条或钢筋往复拉动疏导，不得使用机械振捣，必须从一侧灌浆，另一侧留排气孔。 （3）膨胀砂浆宜使用覆盖洒水养生，养生期不应少于7d。养生期间，当最低气温低于5时，应采取保湿及保温覆盖养生措施。 膨胀剂的工程应用 30 加大新产品、新 技术研究力度。加快实施新标准、新规范的步伐。 企业自律、规范市场。01 02 03 未来发展的重心 膨胀剂的工程应用 31 参考文献1李鹏,苗苗,马晓杰. 膨胀剂对补偿收缩混凝土性能影响的研究进展J. 硅酸盐通报,2016,(01):167-173.2张阳阳,马芹永. 膨胀剂和含水率对预拌补偿收缩混凝土微观结构的影响J. 中国科技论 文,2015,(13):1535-1538+1562.3周永祥,王永海,冷发光,王晶. 膨胀剂在混凝土早期收缩中的效能研究J. 混凝土世界,2013,(04):43-47.4赵顺增,刘立. 膨胀剂对掺粉煤灰混凝土碳化的影响及其机理研究J. 膨胀剂与膨胀混凝土,2008,(02):17-21.5姚利君,阮海涛,时略,武卫成. 混凝土膨胀剂在不同养护条件下的膨胀性能研究J. 商品混凝土,2006,(03):29-32+14.6高培伟,卢小琳,唐明述. 膨胀剂对混凝土变形性能的影响J. 南京航空航天大学学报,2006,(02):251-255.7宋光明. UEA膨胀剂在混凝土工程中的应用J. 广东水利水电,2005,(04):77+79.8周俊龙. 膨胀剂对混凝土性能的影响D.重庆大学,2004.9游宝坤. 我国混凝土膨胀剂的发展近况和展望J. 混凝土,2003,(04):3-6. 10杜应吉. 膨胀剂对混凝土主要性能影响的试验研究及其模糊评价D.河海大学,2001.11廉慧珍,阎培渝. 影响膨胀剂使用效果的若干因素J. 建筑科学,2000,(04):12-16+35.12姜金起,朱鹏勇. UEA 混凝土膨胀剂在铁路隧道中的应用J. 铁道工程学报,1997,(04):49-54.13金云,王志宏,王全志. 用膨胀剂配制补偿收缩混凝土的原理、性能和应用J. 国外建材科技,1996,(03):40-44.14汪仲琦. UEA膨胀剂在大体积混凝土中的应用J. 施工技术,1994,(11):11+10.15 S.Diamond. delayed ettringite formation-processes and problems. Cement and Concrete Composites, 1996, 18:205-215. 谢 谢 观 看