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1、混凝土外加剂 膨胀剂 目录/Contents 01 02 03 04 05 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。 类别类别膨胀胀源特点 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80%。 石灰类 主要利用CaO水化硬化过程中的体积膨胀（ Ca(0H)2） 氧化镁
2、类 利用MgO如生成Mg(0H)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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、 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。
9、 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 2 3 45 6 7 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：
10、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
11、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，Ca2+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
12、 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
13、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（
14、 %）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。
15、 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
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