膨胀剂在防水混凝土中的正确应用

　　摘要：从膨胀剂的选择应用，以及防水混凝土设计、施工、养护和维护等诸多方面对膨胀剂在防水混凝土中的应用进行了阐述。

　　关键词：膨胀剂；防水混凝土；限制膨胀率；掺量

　　随着膨胀剂在防水混凝土中的广泛应用，因膨胀剂应用不当而引起的质量事故不断发生，以致有人误认为：不掺膨胀剂不裂，掺了反而会裂。膨胀剂在实际工程中的应用效果波动很大，同一种膨胀剂在一个工程中防水抗裂效果显著，用于另外类似的工程中却失败。掺了膨胀剂并非万无一失，不正确的应用甚至适得其反。膨胀剂的应用技术愈来愈引起人们的重视。混凝土中任何材料的应用离不开其综合使用环境，本文着重介绍膨胀剂在防水混凝土中的正确应用。

1 膨胀剂在防水混凝土中的作用机理

　　水泥水化发生体积收缩，混凝土中的水分蒸发产生干燥收缩，水泥水化产生大量水化热和结构内外温差变化引起收缩，这些收缩都会导致混凝土的裂缝，对结构的刚性自防水是十分不利的。膨胀剂的主要功能是补偿混凝土硬化过程中的早期干缩裂缝和中期水化热引起的温差收缩裂缝，减少收缩开裂，尤其适用于地下、水工、海工、地铁等防水混凝土结构工程。

　　如目前国内广泛应用的硫酸钙类膨胀剂、若以适宜的掺量掺入混凝土中，可减少混凝土的裂缝。其作用机理为：硫酸钙类膨胀剂与水泥反应形成钙矾石（C3A·CaSO4·32H2），并产生体积膨胀，在钢筋和邻位的约束限制条件下，可在混凝土中建立一定的预压应力（0.2～0.7 MPa），改善混凝土的应力状态，提高抗裂性能，补偿混凝土的收缩拉应力，减少裂缝，从而提高防水性能。同时，由于钙矾石具有填充、堵塞毛细孔缝的作用，改善了混凝土的孔结构，降低总孔隙率，从而提高了混凝土的抗渗性能。

　　然而，膨胀剂并非万能、一掺就灵的，只有科学使用膨胀剂，才能收到理想效果，否则会适得其反。

2 膨胀剂的选用和掺量

　　2.1 结合工程实际选用合适类型的膨胀剂

　　《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ 50119—2003中规定，硫铝酸钙类、氧化钙一硫铝酸钙类膨胀剂不能用于长期处于环境温度为80℃以上的工程。虽然规范没有限制长期的时间，但考虑到安全，如果没有足够的降温措施，在厚度2 m以上的混凝土结构和厚度1 m以上的基础底板等厚大结构中应慎重使用膨胀剂。因为膨胀剂在厚大结构内，水化程度降低，膨胀能减小，甚至钙矾石分解，达不到预期的补偿收缩作用。为防止和减少混凝土温度裂缝，其内外温差一般宜小于25℃。

　　应用氧化钙类膨胀剂时，由于CaO水化生成Ca（OH）2，而Ca（OH）2化学稳定性差和胶凝性较差，它与CL—、SO42—、Na＋、Mg2+等离子进行置换反应，形成膨胀结晶体或被溶析出来，因此从耐久性角度考虑，该类膨胀剂不得用于海水和有侵蚀性介质的工程。

　　采用复合型膨胀剂，如缓凝型复合膨胀剂，有利于商品混凝土的远距离运输和泵送；抗冻型复合膨胀剂则适用于冬期施工的膨胀混凝土。

　　2．2 选用经过严格检测的膨胀剂

　　面对市场上种类繁多、良莠不齐的膨胀剂，选用时，最重要的是要看其是否符合《混凝土膨胀剂》JIC475—2001）标准。其中，应特别注意21 d空气中限制膨胀率值是否合格。测定限制膨胀率时，对仪器、检验环境等要求非常严格。膨胀剂进入工程现场后，必须经检测合格后才能入库、使用。劣质膨胀剂经常掺加粉煤灰，不能形成足够的膨胀源，限制膨胀率不合格，因而不能很好地起补偿收缩作用。

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　　2．3 混凝土限制膨胀率和限制干缩率的检测

　　根据《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ50119—2003）8．3条规定，掺膨胀剂的混凝土的性能应首先满足表l、表2的要求：

　　同时，如果具体结构部位有设计要求的限制膨胀率也应满足

　　2．4 确定膨胀剂的合适掺量

　　膨胀剂的主要功能是补偿收缩，大量工程实践表明，基于不同结构部位的收缩变形值不同，各部位的防水混凝土的限制膨胀率和膨胀剂掺量也应不同，可参考表3选用。

　　此外，膨胀剂与不同的水泥和减水剂的适应性不同，在同一配合比下，也会产生不同的限制膨胀率。因此必须根据工程原材料试配补偿收缩混凝土，配比除满足混凝土坍落度、强度、抗渗等级外，还应满足限制膨胀率的性能要求。膨胀剂只有掺量适宜，才能达到设计要求的限制膨胀率。

　　设计掺膨胀剂的防水混凝土配合比应符合下列规定：

　　1）水胶比不宜大于0．5。

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　　2）用于补偿收缩混凝土的水泥用量应不小于320kg／m3；当掺入掺合料时，水泥用量不应小于280kg／m3；用于填充的膨胀混凝土胶凝材料用量应不小于350 kg／m3

　　3）膨胀剂掺量按等量取代胶凝材料的内掺法，计算如下：

　　当基准混凝土的水泥用量为MC0，膨胀剂掺量（取代水泥率）为k时，膨胀剂用量

ME=MCO?k

　　水泥用量

MC=MCO-ME

　　当混凝土中掺入粉煤灰等掺合料时，则膨胀剂分别取代水泥和粉煤灰（掺合料）；设取代率为k，当基准混凝土的水泥用量为MC0，掺合料用量为MFO时，膨胀剂用量

ME=（MCO+MFO）?k

　　掺合料用量

MF=MFO·（1—k）

　　水泥用量

MC=MCO?（1—k）

　　4）膨胀剂与其它外加剂复合使用要注意相容性．经试验确定种类和掺量

3 防水混凝土设计

　　建筑结构的抗裂防渗控制是系统工程，作为设计单位，设计选用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为防渗方案时也应注意正确应用膨胀剂。

　　3．1 应注明限制膨胀率

　　首先，设计图上指明生产厂家是违规的，但可推荐品牌种类。其次，不应指定掺量，而应标明强度、抗渗等级、限制膨胀率和限制干缩率，由用户根据这些设计指标要求通过试配确定适宜的膨胀剂掺量。设计时可根据表3确定不同部位的限制膨胀率。

　　3．2 采取必要的构造措施

　　掺膨胀剂的混凝土是通过钢筋和邻位的约束在结构中建立预压应力的，所以设计应采用细而密的配筋原则，同时在结构开口部位、变截面部位和出入口部位适量增加附加筋。

　　墙体由于施工困难、养护差、受外界温差影响大，易出现纵向收缩裂缝，其水平构造筋的配筋率宜大于0．4％，水平筋的间距一般宜小于150 mm，墙体中部或顶端300～400 mm范围内宜为50～100 mm。

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　　地下室和水工构筑物的底板和边墙的后浇缝最大间距不宜超过60 m。对于强度等级C50～C60的墙体，单独掺膨胀剂难以补偿收缩应力，设计可采用复合掺入膨胀剂和纤维的抗裂混凝土。

4 防水混凝土施工

　　4．1 膨胀剂的计量

　　膨胀剂的掺加一定要保证计量准确，掺量误差应小于±2％。膨胀剂掺少了，不能形成足够的膨胀能，不能完全补偿混凝土的收缩；掺多了，膨胀能太大，会导致膨胀开裂。

　　4．2 防水混凝土的搅拌

　　现场拌制混凝土的拌和时间要比普通混凝土延长30 s，以保证膨胀剂在混凝土中均匀分散。

　　4．3 防水混凝土的浇筑

　　掺膨胀剂的混凝土浇筑方法和技术要求与普通混凝土基本相同：振捣必须密实，不得漏振、欠振和过振。在混凝土终凝之前，采用机械或人工多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生。

　　4．4 防水混凝土的养护

　　试验表明，潮湿养护条件是确保掺膨胀剂混凝土膨胀性能的关键因素。因为在潮湿环境下，水分不会很快蒸发，钙矾石等膨胀源可以不断生成，从而使水泥石结构逐渐致密，不断补偿混凝土的收缩。因此施工中必须采取相应措施，保证混凝土潮湿养护时间不少于14 d。

　　基础底板易养护，一般用麻袋或草席覆盖，定期浇水养护；能蓄水养护最好。

　　墙体等立面结构，受外界温度、湿度影响较大，易发生纵向裂缝。实践表明，混凝土浇筑完后3～4 d水化温升最高，而抗拉强度很低，因此不宜早拆模板，应采用保温性能较好的胶合板，减少墙内外的温差应力，从而减少裂缝。墙体浇筑完后，从顶部设水管慢慢喷淋养护。

　　冬期施工不能浇水，并应注意保温养护。

　　4．5 防水混凝土的维护保养

　　膨胀剂主要解决混凝土的早期干缩裂缝和中期水化热引起的温度收缩裂缝，对于后期气候变化产生的温差裂缝是难以解决的，因此要注意对结构的及时保养，如地下室完成后．要及时回填土。

5 结语

　　用膨胀剂配制防水混凝土实现补偿收缩作用和结构的抗裂防渗是有效的，但不是万能的。只有在科学理论的指导下，正确应用膨胀剂，精心组织施工，协调各方面影响因素，才能取得理想的效果。