混凝土膨胀剂应用技术规范条文说明

 

8.1.1 膨胀剂种类较多，从国内外应用效果和可靠性来看，以形成钙矾石和氢氧化钙的膨胀剂稳定。因此，本规范包括三种膨胀剂：硫铝酸钙类、硫铝酸钙－氧化钙类和氧化钙类。

8.2.1 表8.2.1规定了膨胀剂的适用范围。普通混凝土掺入膨胀剂后，混凝土产生适度膨胀，在钢筋和邻位约束下，可在钢筋混凝土结构中建立一定的预压应力，这一预压应力大致可抵消混凝土在硬化过程中产生的干缩拉应力，补偿部分水化热引起的温差应力，从而防止或减少结构产生有害裂缝。应指出，膨胀剂主要解决早期的干缩裂缝和水化热引起的温差收缩裂缝，对于后期天气变化产生的温差收缩是难以解决的，只能通过配筋和构造措施加以控制。因此，膨胀剂最适用于环境温差变化较小的地下、水工、海工、隧道等工程，可达到抗裂防渗效果。对于温差较大的结构（屋面、楼板等）必须采取相应的构造措施，才能控制有害裂缝。

8.２.2 由于水化硫铝酸钙（钙矾石）在80℃以上会分解，导致强度下降，故规定硫铝酸钙类膨胀剂和硫铝酸钙－氧化钙类膨胀剂，不得用于长期处于环境温度为80℃以上的工程。

8.2.3 氧化钙类膨胀剂水化产生的Ca(OH)₂，其化学稳定性和胶凝性较差，它与Cl^-、SO⁼、Na⁺、Ｍg⁺⁺等离子置换反应，形成膨胀结晶体或被溶析出来，从耐久性角度，该膨胀剂不得用于海水和有浸蚀水的工程。

8.2.4 膨胀剂主要用于配制补偿收缩混凝土，结构自防水和大体积混凝土工程。当提高膨胀剂掺量时，可配制大限制下的填充性膨胀混凝土和二次灌注用的膨胀砂浆，以及用于制造压力管的自应力混凝土。

8.2.5 膨胀剂的掺入会使混凝土的早期水化热提高，为防止或减少混凝土温度裂缝，其内外温差一般宜小于25℃。

8.3.1 补偿收缩混凝土性能指标的确定，一是在不影响抗压强度条件下膨胀率要尽量增大；二是干缩落差要小。本规范中补偿收缩混凝土（砂浆）的膨胀性能，以限制条件下的膨胀率和干缩率表示。因为混凝土收缩受到限制才会产生裂缝，而混凝土膨胀在限制条件下才能产生预压力（σ_c），美国ACI223委员会规定σ_c＝0.2～0.7Mpa，根据     σ_c=μ·E_s·ε₂公式，（μ－配筋率，E_s－钢筋弹性模量，ε₂－限制膨胀率），确定ε₂值的大小。

本规范规定，试件尺寸为100×100×300mm，中间预埋两端带钢板的Φ10mm钢筋，配筋率μ＝0.785%，钢筋的弹性模量取E_s≈2×10⁵Mpa，则：

    σ_c =0.785×10^-2×2×10⁵×ε₂=1.57×10³×ε₂（MPa）

    当ε₂=0.015%，σ_c=0.24MPa；ε₂=0.03%，σ_c=0.47MPa

    当ε₂=0.4%，  σ_c =0.63MPa；ε₂=0.05%，σ_c=0.78MPa

    通过计算得出膨胀自应力σ_c =0.2～0.7MPa时，其限制膨胀率ε₂的最大值为0.05％，最小值为0.015%。因此本规范规定补偿收缩混凝土水中养护14天的限制膨胀率≥1.5×10^-4。美国规定限制膨胀率为3×10^－4,日本规范为1.5×10^-4以上。根据我国大量试验结果，ε₂=(2.5～4.0)×10^-4，其补偿收缩效果较好。

    关于限制干缩率规定值，我国原规范与日本规范一样，试件放入20±3℃，相对湿度60±5％下六个月，干缩率≤4.5×10^-4，通过大量试验表明，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土的干缩率比空白混凝土降低30%左右，即其收缩落差小。

    鉴于测定干缩率的养护期太长，不利于工程应用，因此，本规范通过大量试验，规定试件水养14天后，放入干空试验室养护28天（从初长开始计算为42天），其干缩率应不大于3.0×10^-4。

8.3.2 填充膨胀混凝土主要应用于大限制下的结构后浇缝、伸缩缝、大坝回填槽和钢管混凝土等。该混凝土的膨胀系数应比补偿收缩混凝土适当大些，它产生的膨胀压力对新老混凝土粘结更有利。通过大量试验与工程实践，填充性膨胀混凝土产生的预压应力值σ_c＝0.5～1.0MPa为宜，因此，本规范规定，该混凝土在水中养护14天的限制膨胀率≥2.5×10^-4，随后放在干空养护28天，其干缩率应不大于3.0×10^-4。

8.3.3 由于填充用膨胀混凝土掺膨胀剂较大，早期膨胀较大，对强度影响较大，故规定试件成型带模养护3天拆模，再放入水中养护至28天，测定其抗压强度，这样与实际工程接近。试验表明，该混凝土的抗压强度应大于30.0MPa。

8.3.4 灌浆用膨胀砂浆用于设备或接缝二次灌注，属于大流动度无收缩高强灌注料，这次对其性能指标作了调整，与国际同类产品性能基本相同。灌浆用膨胀砂浆竖向膨胀率测定方法按附件C进行。其性能要求3d膨胀率≥０.1%，７d≥0.2%，达到无收缩的要求，以保证灌注砂浆紧密地填充二次灌注的空间，硬化后不产生收缩。

8.3.5 掺入15～30％膨胀剂可配制成自应力混凝土，目前，只限于制造自应力钢筋混凝土压力管。对该混凝土性能的技术指标，应符合“自应力硅酸盐水泥”建材行业标准。(JC/T218-1995)。

8.3.1 掺膨胀剂的补偿收缩混凝土大多应用于控制有害裂缝的钢筋混凝土结构工程。混凝土的膨胀只有在限制条件下才能产生予压应力。所以，构造（温度）钢筋的设计对该混凝土有效膨胀能的利用和分散收缩应力集中起到重要作用，结构设计者必须根据不同的结构部位，采取相应的合理配筋和分缝。以往绝大多数设计图纸只写混凝土掺入膨胀剂，强度等级，抗渗标号。对混凝土的限制膨胀率没有提出具体要求，造成膨胀剂少掺或误掺，达不到补偿收缩而出现有害裂缝，根据本规范要求，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土水中养护14d的限制膨胀率≥0.015%，相当在结构中建立的予压应力大于0.2MPa。实际上，混凝土的膨胀率最好控制在0.02～0.03%，填充用膨胀混凝土的膨胀率应在0.035～0.045%。施工单位或混凝土搅拌站应根据设计的要求，确定膨胀剂的最佳掺量，在满足混凝土强度和抗渗要求下，同时要达到补偿收缩混凝土的限制膨胀率。只有这样，才能获得控制结构有害裂缝的效果。所以，当采用膨胀剂时，请结构设计者在设计图纸上注明：“采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土，强度等级，抗渗标号，水中养护14d的混凝土限制膨胀率≥0.015%（或更高些）”。

8.4.2 由于墙体受施工和环境温湿度等因素影响较大，容易出现纵向收缩裂缝，混凝土强度等级越高，开裂机率越多。工程实践表明，墙体的水平构造（温度）钢筋的配筋率宜在0.4～0.6%，水平筋的间距应小于150mm，采取细而密的配筋原则。由于墙体受底板或楼板的约束较大，混凝土胀缩不一致，宜在墙体中部或端部设一道水平暗梁，这样，有利于控制墙体有害裂缝的出现。

8.4.3 对于墙体与柱子相连的结构，由于墙与柱的配筋率相差较大，混凝土胀缩变形与限制条件有关，由于应力集中原因，在离柱子1～2m的墙体上易出现纵向收缩裂缝。工程实践表明，应在墙柱连接处设水平附加筋，附加筋的长度为1500～2000mm，插入柱子中200～300mm，插入墙体中1200～1600mm，该处配筋率提高10～15％。这样，有利于分散墙柱间的应力集中，避免纵向裂缝的出现。

8.4.4 结构开口部和突出部位因收缩应力集中易于开裂，与室外相连的出入口受温差影响大也易开裂，这些部位应适当增加附加筋，以增强其抗裂能力。

8.4.5 对于楼板，为减少有害裂缝（规范规定裂缝宽度小于0.3mm），可采用补偿收缩混凝土浇筑，但设计上要求采用细而密的双向配筋，构造筋间距小于150mm，配筋率在0.6％左右，对于现浇混凝土防水屋面，应配双层钢筋网，钢筋间距小于150mm，配筋率在0.5%左右。楼面和屋面受大气温差影响较大，其后浇缝最大间距不宜超过50m。

8.4.6 由于地下室和水工构筑物长期处于潮湿状态，温差变化不大，最宜用补偿收缩混凝土作结构自防水。大量工程实践表明，与桩基结合的底板和大体积混凝土底板，用补偿收缩混凝土可不作外防水。但边墙宜作附加防水层。底板和边墙后浇缝最大间距可延长至60m，后浇缝回填时间可缩短至28d。

8.5.1 掺膨胀剂混凝土对原材料的要求

    膨胀剂应符合JC476《混凝土膨胀剂》标准的规定。按供货单位推荐掺量进行检测，合格者才能使用。

    由于膨胀剂的品种和掺量不同，它与水泥、化学外加剂和掺合料存在适应性问题。因此，要进行混凝土试配。

8.5.2 掺膨胀剂的混凝土配合比设计参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55。鉴于我国混凝土大多掺入粉煤灰、矿渣粉或沸石粉等掺合料，膨胀剂可视为特殊掺合料，因此，规定膨胀混凝土（砂浆）的最低胶凝材料用量（水泥、膨胀剂和掺合料的总量）。大体积混凝土宜用粉煤灰或矿渣粉、膨胀剂和缓凝高效减水剂“三掺”的补偿收缩混凝土，可降低温控措施成本。水灰比改为水胶比更合理，可发挥补偿收缩混凝土的抗裂防渗效应，其水胶比不宜大于0.5。

    我国膨胀剂品种有10多个，按JC476标准规定，膨胀剂最大掺量（替代水泥率）不宜超过12％。近年我国已研制生产低碱低掺量膨胀剂，对于补偿收缩混凝土，膨胀剂推荐最低掺量不宜小于6％。对于填充用膨胀混凝土，膨胀剂推荐掺量为10～15％。

    原规范膨胀剂掺量以水泥用量为基数，不够合理。新规范改为胶凝材料总量为基数，在有掺合料的情况下，如果膨胀剂和掺合料都分别取代水泥用量的话，则单方水泥实际用量大为减少，混凝土强度必然受到影响。经大量工程实践证明，膨胀剂掺量应分别取代水泥和掺合料是合理的。

    必须指出，膨胀剂的掺量必须满足表8.2.1和表8.2.2中的限制膨胀率和限制干缩率的规定值，否则就难以达到抗裂防渗的效果。这就要求混凝土搅拌站和建筑公司试验室添置测定膨胀剂砂浆和混凝土限制膨胀率的仪器设备，以及专门的检验人员，这样才能鉴定入库膨胀剂是否合格，配制的补偿混凝土是否达到本规范的膨胀率要求。

8.5.3 膨胀剂可与其他混凝土外加剂复合使用，但必须经过试验确定外加剂品种和掺量，不得滥用。含氯盐的外加剂会对钢筋锈蚀，故膨胀剂不得与氯盐外加剂复合使用。

8.5.4 粉状膨胀剂应与混凝土其他原材料有序投入搅拌机中，膨胀剂重量应按施工配合比投料，重量误差小于±2%，不得少掺或多掺。考虑混凝土的匀质性，其拌制时间比普通混凝土延长30s。

8.5.5 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，混凝土的震捣必须密实，不得漏震、欠震和过震。在混凝土终凝以前，要用人工或机械多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生，以免影响外观质量。后浇缝中杂物必须清除干净，充分予湿，然后以填充用膨胀混凝土浇筑。

8.5.6 掺膨胀剂的混凝土要特别加强养护，膨胀结晶体钙矾石(C₃A·3CaSO₄·32H₂O)形成需要水，补偿收缩混凝土浇筑后1－7d湿养护，才能发挥混凝土的膨胀效应。如不养护或养护马虎，就难以发挥膨胀剂的补偿收缩作用。底板或楼板较易养护，能蓄水养护最好，一般用麻包袋或草席复盖，定期浇水养护。墙体等立面结构，受外界温度、湿度影响较大，容易发生竖向裂缝。工程实践表明，混凝土浇筑完3～4d内水化热温升最高，而抗拉强度很低，如果早拆模板，墙体内外温差较大而易于开裂。因此，墙体模板拆除时间宜不少于3d。墙体浇筑完后，应从顶部设水管喷淋，模板拆除后继续养护至7d。冬季施工不能浇水养护，养护不少于14d，并进行保温养护。

8.5.7 用于二次灌注的灌浆用膨胀砂浆，由于流动度大，一般不用机械振捣，为排除空气，可用人工插捣。浇筑抹压后，对暴露部分要及时复盖。在低于5℃时应采取保温保湿养护措施。

8.6.1 掺膨胀剂的混凝土品质检验与普通混凝土的主要区别是增加一项混凝土限制膨胀率测量，这是确保膨胀混凝土抗裂防渗性能的一项重要技术指标。