一分为二看膨胀剂的使用

　　摘要：讨论了如何科学使用膨胀剂,控制混凝土结构的开裂。使用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土是控制结构开裂的有效措施之一,应按照结构内部环境条件检验补偿收缩混凝土的性能,据此进行配合比设计,并注意施工过程控制。膨胀剂的理论研究已落后于工程应用。非难膨胀剂的使用有两方面的原因:一是市场原因,二是技术原因。对于超厚的大体积结构,建议优先选用大掺量粉煤灰混凝土,而不是掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土。

　　关键词：大掺量;粉煤灰;补偿收缩混凝土

　　《商品混凝土》杂志2007 年第四期推出专题汇编:混凝土膨胀剂的应用。专题汇编中的主导文章批驳了王铁梦先生排斥膨胀剂的观点,提出了“膨胀剂不可替代”的观点[1 ,2 ] 。我多年从事硫铝酸盐水化物的研究,涉及膨胀剂的水化特性和应用,因此也想发表一点意见,供大家参考。

　　我国大规模使用膨胀剂已有二十多年历史。最初十余年争论不大,业内大多数人都认为用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是控制结构裂缝的有效方法。在这期间积累了大量经验,补偿收缩混凝土的成功应用为提高我国建筑工程质量做出了贡献。但是,近年来对于膨胀剂的责难之声不绝于耳,使用膨胀剂不成功的案例越来越多,许多人对于是否应该使用膨胀剂起了疑心。

　　非难膨胀剂的使用有两方面的原因。一是市场原因,二是技术原因。

　　1 导致膨胀剂名声下降的市场原因

　　当年膨胀剂名声鹊起,市场需求激增。一些研发人员只顾眼前利益,无节制地转让技术,造成无序竞争,做滥了市场。一些技术条件很差的企业生产的劣质产品充斥市场,败坏了膨胀剂的名声。甚至造成“掺加膨胀剂就裂,不掺膨胀剂反而不裂”的怪现象。现在膨胀剂价格虚高,推销人员靠高额回扣销售产品;同时,为了提高业绩,无论是否必要,推销人员都极力推荐使用膨胀剂。在使用过程中一些混凝土搅拌站发现,对于某些结构,只要混凝土配合比合适,养护和温控措施得当,无论是否掺加膨胀剂,都能避免结构开裂。既然如此,使用膨胀剂没有任何利益可言的混凝土搅拌站就偷偷地尽量少加、甚至不加膨胀剂。这对于必须使用补偿收缩混凝土的结构,就可能导致“即使掺加膨胀剂,结构仍然开裂”。所以对于膨胀剂的功能不能过分夸大,这只能败坏膨胀剂的声誉。

　　2 膨胀剂必须正确使用才能取得理想效果

　　目前对于膨胀剂的使用有两种截然相反的观点。一是以王铁梦先生为代表的一派,对膨胀剂绝对排斥。二是以游宝坤先生为代表的一派,对膨胀剂十分推崇,认为采用掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土是结构抗裂的首选技术措施。

　　对于任何事物,都必须一分为二来分析。补偿收缩混凝土不是一无是处,但也不是万能的,并不是任何结构都适用。目前杂志上介绍膨胀剂的使用情况,绝大多数都是成功的案例。

　　这是可以理解的。很少有人愿意自揭家丑,把自己不成功的案例拿出来讨论。而介绍成功实例对人对已都是有好处的。不能看到杂志上一片歌颂之声,就认为膨胀剂十全十美了。

　　膨胀剂发展之初,多用于薄壁结构,混凝土配合比中矿物掺合料不多,在加强养护的条件下,膨胀的发展与强度的增长基本同步,能够在混凝土结构中建立足够的预压应力,抵抗后期收缩,从而有效控制开裂。所以膨胀剂用于刚性屋面、游泳和水池等防水结构中是非常适合的。膨胀剂用于厚度不大的大体积混凝土结构中,也是可以取得预期的结果。

　　膨胀剂的使用应有科学理论指导,严格周密的施工措施作保证。补偿收缩混凝土的施工是系统工程,并不是单单掺加膨胀剂就能达到目的。如果施工过程控制很差,最好的补偿收缩混凝土也不能防止开裂。使用膨胀剂时需要注意膨胀剂的使用条件。由于膨胀剂的水化特性,并不是任何场合都适于使用膨胀剂。上世纪80 年代,膨胀剂多用于薄壁防水结构;而现在则主要用于大体积混凝土结构的抗裂。其使用对象发生了变化,但是依据的理论仍然是吴中伟先生多年前建立的补偿收缩理论。现在理论的进步已落后于工程实践,现有理论不能很好地解释在大体积大掺量矿物掺合料混凝土中膨胀剂的作用机理。在高强混凝土中,还需要考虑收缩补偿对象变化的问题。

　　膨胀剂主要补偿温度收缩和干燥收缩。但在大体积高强混凝土结构中,干燥收缩并不是一个严重的问题,而自身收缩却很大,如何补偿在水化早期发生的大幅度收缩是膨胀剂面临的新问题,现在的补偿收缩理论没有考虑这个问题。

　　不同的混凝土配合比会影响膨胀剂膨胀性能的发挥。在进行补偿收缩混凝土配合比设计时,必须验证膨胀剂在该工程使用条件下能产生足够的膨胀但又不产生过量的膨胀。膨胀剂仅仅按照标准进行出厂检验,合格后就直接用于建设工程,是不能保证其膨胀效果的,也是不能确保建设工程质量的。

　　但在膨胀剂实际应用过程中,补偿收缩混凝土配合比的设计过程中基本没有考虑结构内部条件下膨胀剂的实际表现。绝大多数情况是,无论使用那个厂家的水泥,不管掺合料掺量的多少,不论集料的颗粒级配状态,都按照膨胀剂生产厂家的说明,依照所谓的“惯例”掺入6 %～14 % (或者设计指定的掺量) 的膨胀剂。这样操作难于保证膨胀剂的使用效果。如果混凝土搅拌站再偷一点工,减一点料,施_€<_瞋工单位不提供足够的潮湿养护条件好的结构,补偿收缩混凝土的效果就不好。养护条件不好的典型结构是厚度很大的大体积混凝土结构,厚度在3～4m 以上的大体积底板,即使表面蓄水养护,其核心部位仍然处于绝湿状态,膨胀剂的作用在此处难于发挥。特别是高强混凝土结构,由于水胶比低,结构密实,内部缺乏使胶凝材料充分水化的水分,其胶凝材料的水化程度较低。如果再掺加需水量大的硫铝酸盐型膨胀剂,其内部水化程度更低,膨胀剂补偿收缩的作用不能发挥。

　　钙矾石的膨胀性与环境温度很有关系。根据我们的研究结果,补偿收缩混凝土的膨胀性在30～40 ℃为最大,超过60 ℃后其膨胀性远低于常温下的膨胀性[4 ] 。所以在厚大的高强混凝土结构中,如果不能很好地控制内部温升,则膨胀剂的作用难于发挥。

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　　矿物掺合料有抑制膨胀的作用。粉煤灰掺量越大,补偿收缩混凝土的膨胀性越小。所以在大掺量粉煤灰混凝土中,膨胀剂的效能很低。如果是大体积的大掺量粉煤灰混凝土结构,使用膨胀剂来补偿收缩、控制开裂的效果将不明显,此时就不必使用膨胀剂。

　　根据这个原则,中央电视台新台址的大体积混凝土底板,就改变了原设计准备使用的补偿收缩混凝土配合比,采用大掺量粉煤灰混凝土配合比。其I 级粉煤灰掺加比例达44 %。其中1 底板平面尺寸为91m ×75m ,最大厚度1018m ,混凝土连续浇筑量为319 万m3 ;塔楼2 底板平面尺寸为77m ×70m ,最大厚度1019m ,混凝土连续浇筑量313 万m3 。实际施工结果显示,混凝土强度发展完全满足C40P8 的要求,内部最高温度仅61 ℃,没有发现任何有害裂缝[5 ] 。国贸三期塔楼A 工程的C45P8 大体积混凝土底板,厚415m ,平面尺寸为65m ×65m。一次连续浇筑混凝土量达18117m3 。同样采用大掺量粉煤灰混凝土配合比。其I 级粉煤灰掺加比例达49 %。混凝土浇筑在6 月初进行,其内部水化温升仅约50 ℃,表面状态良好,无可见裂缝产生[6 ] 。这两个工程都是超长的大体积混凝土结构,配筋量大,对混凝土的约束很强,没有使用膨胀剂,也成功地避免了开裂。所以控制混凝土结构开裂,膨胀剂并不是不可替代的。

　　3 结论

　　膨胀剂应该因时因地制宜地使用,不能夸大其功效,也不能贬低其作用。应加强膨胀剂应用的理论研究。补偿收缩混凝土的使用是系统工程,应按照结构内部环境条件检验其性能,并据此进行配合比设计,还需加强施工过程控制。对于超厚的大体积结构,建议优先选用大掺量粉煤灰混凝土,而不是掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土。

　　参考文献

　　[1 ]李乃珍,游宝坤,赵顺增. 多学科结合,实现裂缝控制[J ] .商品混凝土, 2007 , (4) : 1 - 3.

　　[2 ]王栋民. 论膨胀剂的不可替代性[J ] . 商品混凝土, 2007 ,(4) : 4 - 6.

　　[3 ]李乐民,郑远林. 粉煤灰等矿物掺合料对UEA - H 膨胀剂膨胀能的影响[J ] . 四川建材,2005 , (1) : 15 - 19.

　　[4 ]阎培渝,陈广智. 养护温度和胶凝材料组成对膨胀剂限制膨胀率的影响[J ] . 建筑技术, 2001 , 32 (1) : 22 - 23.

　　[5 ]刘小刚,彭明祥,胡鏖. 超大掺量粉煤灰技术在CCTV 主楼底板混凝土施工中的应用[J ] . 施工技术,2006 ,35 (8) : 2 -4.

　　[6 ]马昕,栾尧,阎培渝,等. 国贸三期基础底板大体积混凝土裂缝控制[J ] . 施工技术, 2007 , 36 (8) : 75 - 77.