如何正確使用混凝土膨脹劑

一、前言

    經十多年來的開發(fā)應用，我國混凝土膨脹劑得到較廣泛的應用，累計總量約200萬噸，以膨脹劑平均摻量40kg/m3計，折合補償收縮混凝土近5000萬M3。其中UEA膨脹劑約占總量的80％左右。在各種抗裂防滲工程應用中總的效果是良好的。但隨著用量的增大，有些設計、科研和高校的專家學者反映，補償收縮混凝土工程裂滲事故有隨用量激增而增多之勢，值得我們深思和總結經驗教訓，只有這樣才能把我國膨脹劑的開發(fā)應用沿著健康的方向發(fā)展。

    我們根據(jù)我國膨脹劑生產質量現(xiàn)況和工程中應用存在的問題，結合產品標準和應用技術規(guī)范的修訂，提出如何正確使用混凝土膨脹劑，可供設計、施工和混凝土攪拌站的技術人員參考。

二、怎樣選用膨脹劑

    膨脹劑主要功能是補償混凝土硬化過程中的干縮和冷縮。為減免收縮開裂，它可以應用于各種抗裂防滲混凝土，尤其適用于與防水有關的地下、水工、海工、地鐵、隧道和水電等鋼筋混凝土結構工程。

    選用膨脹劑時，首先檢驗它是否達到《混凝土膨脹劑》建材行業(yè)JC476-2001標準。主要看三項：一是堿含量≤0.75％，二是水中7d限制膨脹劑≥0.025％，三是摻量≤12％（北京市建委規(guī)定摻量≤8％才能入市）?，F(xiàn)在許多省市已取消產品許可證，更要加強質檢。對于重大工程，應到膨脹劑生產廠家考察其生產工藝線和化驗儀器設備是否先進、齊全。在庫房隨機取樣抽驗，防止假冒偽劣膨脹劑流入市場。現(xiàn)在膨脹劑牌號近30個，同一品牌如UEA，全國有25個廠生產，不管哪家的膨脹劑，都應通過用戶自檢或委托有咨詢單位復檢，合格者才能使用，不合格者則拒用。甚至追究廠家的經濟責任。

    我國膨脹劑有三種類型：硫鋁酸鈣類（如UEA、AEA、PNC、FS、PPT等）氧化鈣-硫鋁酸鈣類（如CEA）和氧化鈣類。由于鈣礬石（C3A·3CaSO4·32H2O）的化學穩(wěn)定性和耐水性優(yōu)良，國內外絕大多數(shù)生產硫鋁酸鈣類膨脹劑。CaO水化生成Ca(OH)2可以產生膨脹，但Ca(OH)2在壓力水下易溶解，所以GBJ119規(guī)范中規(guī)定，含CaO膨脹劑不得使用在地下，海工等防水工程中，目前只有北京市有兩家生產CEA。用戶應根據(jù)不同性質的工程，選用恰當類型的膨脹劑。

    有些廠家以高額回扣手段或者以貶低人家抬高自己的手段推銷自己的膨脹劑，有的廠搞偽宣傳，把膨脹劑吹成萬能之藥，遇到這些情況，請您提高警惕。不管怎樣，用戶都應隨機抽樣，按廠家推薦的摻量，檢驗其膨脹劑是否達標，才能決定取舍。凡膨脹劑中堿含量超過0.75%。摻量超過12％者，均屬淘汰產品，不得使用。

三、如何確定補償收縮混凝土的配合比

    現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)不少用戶在使用膨脹劑時有些誤區(qū)，主要有：

    1．摻膨脹劑的補償收縮混凝土配合比設計不明晰。膨脹劑是內摻還是外摻？當有粉煤灰等摻合料時，又如何設計？

    按《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》GBJ119規(guī)定：膨脹劑摻量是按等量取代膠凝材料的內摻法。當基準混凝土的水泥用量為C0，膨脹劑摻量為K時，

        膨脹劑E =Ｃ0×K (kg/m3)

        水泥C＝C0－E （kg/m3）

    當混凝土中摻入粉煤灰等摻合料（FA0）時，則膨脹劑分別取代水泥和粉煤灰，即：

      膨脹劑E＝（C0＋FA0）·K (kg/m3)

      粉煤灰Ｆ=FA0（1－K） (kg/m3)

      水泥C＝C0(1－K)   （kg/m3）

    在配制防滲混凝土時，按規(guī)范規(guī)定：水泥用量不得小于300kg/m3，如摻入粉煤灰等，則水泥用量不得小于280kg/m3。以此為基準設計摻膨脹劑的混凝土配合比。由于各廠的水泥和粉煤灰活性不同，各地砂石質量差異較大，施工選用混凝土的坍落度也不同，因此，試驗室應根據(jù)以往的經驗確定基準混凝土的水泥和粉煤灰單方用量，再按上式計算膨脹劑的摻量。

    2．大多數(shù)施工單位和攪拌站只測摻膨脹劑混凝土的坍落度、強度和抗?jié)B標號，不測混凝土的限制膨脹率，存在“－摻就靈”的盲目思想，這是使用膨脹劑最大誤區(qū)。

    根據(jù)GBJ119規(guī)范，摻膨脹劑的補償收縮混凝土的特性指標是：水中養(yǎng)護14d的限制膨脹率≥0.015％。測定方法是用100×100×300mm試件，中間預埋入Φ10mm限制鋼筋骨架。當混凝土強度達到3～5MPa時脫模，用千分表測長儀測定初始長度，然后放入水中7d、14d測定其伸長率。測長儀和鋼筋骨架可以從中國建材院水泥所或遼寧省瓦房店市儀器廠購進。

    膨脹劑主要用途是補償收縮，根據(jù)大量工程實踐表明，防水工程的底板混凝土的限制膨脹率ε2＝0.02－0.025％，側墻ε2＝0.03－0.035%，后澆帶或膨脹加強帶ε2＝0.035－0.045％為宜。不同的結構部位的抗裂要求不同，因此，膨脹劑摻量是不同的。由于膨脹劑與水泥和減水劑的應用性不同，試驗表明，在同一配合比下，用冀東水泥的混凝土膨脹率較小，而用琉璃河、邯鄲水泥的混凝土膨脹率較大。另外，實施后的ISO水泥標準，各廠為了達到ISO水泥標號，一般都把水泥熟料中C3S和C3A提高，水泥比表面積提高到350－400M2/kg，水泥收縮率會增大。這就說明，必須根據(jù)工地原材料試配補償收縮混凝土，在滿足混凝土坍落度、強度和抗?jié)B標號情況下，必須達到限制膨脹率的設計要求，否則要調整膨脹劑摻量。有些單位把膨脹劑當防水劑使用，這是可以的。但一般防水劑只能提高混凝土抗?jié)B性能，但不能抗裂。而膨脹劑首要解決混凝土結構的抗裂，不裂就不滲。而達到補償收縮的抗裂作用，關鍵是混凝土膨脹率能否滿足不同結構的補償收縮要求。必須指出，廠家推薦的膨脹劑摻量只能作參考，據(jù)我們知道有些廠家的膨脹劑質量波動較大，有的甚至是“調包”的偽劣產品。因此，我們要檢測混凝土的限制膨脹率，并以此作為配合比的主要依據(jù)。這就要求各單位混凝土試驗室配備測限制膨脹率的儀器設備和檢測人員。

    3．許多單位反映，膨脹劑替代水泥后，混凝土強度下降，因而認為少摻膨脹劑有保險，這也是個誤區(qū)。

    研究表明，膨脹劑發(fā)生膨脹使用主要在1－7d，而強度試件是自由狀態(tài)，鈣礬石膨脹對水泥結構有微小破壞，所以7d抗壓強度比空白混凝土下降10％左右屬正?，F(xiàn)象，而28d強度完全可以達到設計標號。在實際工程中，混凝土結構都受到鋼筋和鄰位的約束，我們試驗表明，帶模養(yǎng)護的膨脹混凝土試件的限制強度比自由強度高10-15％。所以，不必擔心摻膨脹劑的混凝土強度下降。不能以7d自由強度作判斷，應以28d強度是否達到試驗強度為準。把膨脹劑視為早強劑是錯誤的，以7d強度降低為理由而少摻膨脹劑也是錯誤的。試驗表明，摻膨脹劑混凝土7d抗壓強度達到28d試配強度的65％便可達標。

4．膨脹劑摻量有意和無意少摻又是使用補償收縮混凝土的大誤區(qū)。我們發(fā)現(xiàn)，試驗室的混凝土配合比是正確的，但實際*作掌握在民工的手中。由于許多工地和攪拌站沒有專門的膨脹劑計量裝置，靠民工以斗代秤加料，由于監(jiān)督不嚴或馬虎，民工加料有隨意性，大多是少摻。更甚者，有的承包人為了多賺錢，故意讓民工少摻，向業(yè)主多要錢。有些工程用了膨脹劑，混凝土仍開裂，我們曾多次實地調查，按混凝土總量計，少用膨脹劑20－30％，原設計摻UEA12%，實際只摻8％，這樣，混凝土那能補償收縮？開裂就不足為怪了。我們認為，工地和攪拌站要加強管理，排除不正之風，必須按混凝土配合比加足膨脹劑是保證工程質量的重要措施。

    5．有的用戶拘泥于膨脹劑的推薦摻量，如UEA為10-12%，不敢超過12％，這也是使用的誤區(qū)。實際工程中如后澆帶或膨脹加強帶，要用大膨脹混凝土填充，要求混凝土膨脹率達到0.035-0.045％，標號提高5MPa。要摻入14－15％膨脹劑才能達到。如只限于摻12％就不能滿足設計要求，有可能開裂。所以，應根據(jù)不同結構部位，科學地摻入不同數(shù)量膨脹劑，才能達到補償收縮的要求。

    6．有些推銷員不負責任地進行誤導，把本廠膨脹劑的標準摻量故意降低，本來是10％說成6－8％也可以，有的把膨脹劑“神化”，胡說摻入后保證混凝土不裂。這些誤導會使用戶不能正確使用膨脹劑，容易出現(xiàn)工程裂滲事故。

四、關于復合膨脹劑

    復合膨脹劑是用膨脹劑和化學外加劑配制的產品，可用于拌制緩凝、早強、防凍和高性能的泵送混凝土。該產品曾列入《混凝土膨脹劑》建材行業(yè)標準 JC476-1998中，但在實施中發(fā)現(xiàn)不少問題：

    1．質檢站提出，復合膨脹劑由于摻入減水劑、防凍劑等化學外加劑，膨脹劑用砂漿檢驗，化學外加劑用混凝土檢驗，檢測十分繁雜，而結果往往相佐。如膨脹劑規(guī)定堿含量≤0.75％，由于減水劑、早強劑和防凍劑中含有Na2SO4，故堿含量往往超標。由于復合膨脹劑中摻入減水劑，容易蔽蓋了膨脹劑本身的質量問題。

    2．混凝土攪拌站提出：由于水泥品種不同，按廠家推薦的復合膨脹劑摻量，難以達到混凝土的坍落度要求，有時坍落度損失大難以泵送，這時，攪拌站要增添減水劑才能達到，使用麻煩。

    基于上述二條理由，新修改的JC476-2001標準中，已取消《復合膨脹劑》這種產品，請用戶明鑒。但是，復合膨脹劑具有多功能和使用優(yōu)點。如用戶愿意使用復合膨脹劑，生產廠家可按用戶要求提供產品，但廠家要做好現(xiàn)場售后服務。

五、設計中注意問題

    建筑結構裂滲控制是個系統(tǒng)工程，許多設計單位推薦使用摻膨脹劑的補償收縮混凝土作為一個防裂措施，但他們對膨脹劑正確使用不了解，也存在一些誤區(qū)，應以糾正。

    1．在設計圖紙上指明廠家是違規(guī)的，可推薦膨脹劑品牌，但不應指定摻量。合理的說明是：“采用摻膨脹劑的補償收縮混凝土、強度等級、抗?jié)B標號、混凝土水中14d限制膨脹率大于0.015％（或者根據(jù)不同結構部位提出更高的膨脹率）?！边@樣，可由用戶選擇膨脹劑品牌及其合理摻量，達到設計要求。

    2．混凝土變形（膨脹和收縮）與限制是個矛盾的統(tǒng)一體。膨脹要通過鋼筋和鄰位約束才能在結構中建立預壓應力。所以，要求設計者采用細而密的配筋原則，個別開口部和墻柱連接處由于應力集中易開裂，應增添附加鋼筋。由于墻體難施工、養(yǎng)護差，受外界溫差影響大，易出現(xiàn)縱向裂縫。要求墻體的水平構造筋的間距小于150mm，配筋率在0.5％左右。在墻中部1m范圍內，水平筋的間距加密至80－100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收縮應力；水平筋應放在受力豎筋外側，確?；炷帘Ｗo層厚度。

    3．摻膨脹劑混凝土的后澆縫間距可延長至60m，超過60m的超長結構，可用2m寬的膨脹加強帶代替后澆縫，采用連續(xù)式或間歇式的無縫設計和施工方法，這是中國建材院的專利技術，鑒于該技術尚未列入規(guī)范，因此，設計院應在圖紙上注明，請中國建材院提供技術咨詢服務，否則，技術風險責任自負。

六、施工中注意問題

    施工單位對建筑結構的裂縫十分頭痛，認為混凝土中加入膨脹劑就能迎刃解決，這也是個誤區(qū)。除了設計上保證合理配筋和補償收縮混凝土的配合比保證足夠的限制膨脹率外，施工管理則是關鍵。

    1．工地或攪拌站不按混凝土配合比摻入足夠膨脹劑是普遍存在的現(xiàn)象，造成澆筑的混凝土的膨脹效應極低，何能補償收縮？這是首要一關，必須加強管理，確保膨脹劑摻量的準確性。

    2．現(xiàn)場拌制的混凝土的拌合時間要比普通混凝土延長30s，以保證膨脹劑和水泥、減水劑拌合均勻，提高其勻質性。

    3．混凝土布料，震搗要按施工規(guī)范進行。

    4．膨脹混凝土要有充分濕養(yǎng)護才能更好地發(fā)揮其膨脹效應，必須重視養(yǎng)護工作。有的單位宣傳摻CEA膨脹劑的混凝土養(yǎng)護可以不嚴格 ，這是十分錯誤的，即使普通混凝土也要按規(guī)范充分養(yǎng)護。只不過對膨脹混凝土提出更嚴格的養(yǎng)護要求，養(yǎng)護期不小于14d。

    5．邊墻出現(xiàn)裂縫是個難題，要求混凝土震搗密實、勻質。有的單位為加快施工進度，澆筑混凝土1－2d內就拆模板，其實這時混凝土的水化熱溫升最高，早拆模板造成散熱快，增加了墻內外溫差，易于出現(xiàn)溫差裂縫。施工實踐證明，墻體宜用保濕較好的膠合板支模，混凝土澆完后，在頂部設水管慢淋養(yǎng)護，墻體宜在第5d拆模板，然后盡快用麻包片貼墻并噴水養(yǎng)護，保濕養(yǎng)護10－14d。

    6．即使用補償收縮混凝土澆筑墻體，也要以30－40m分段澆筑，每段之間設2m寬膨脹加強帶，并設鋼板止水片，可在28d后用大膨脹混凝土回填，養(yǎng)護不小于14d。

    7．底板宜用蓄水養(yǎng)護，冬施要用塑料薄膜和保溫材料進行保溫保濕養(yǎng)護；樓板宜用濕麻袋復蓋養(yǎng)護。

    8．即使采取各種措施，尤其C40以上混凝土，墻體也難免不出現(xiàn)裂縫，有的1－2d拆模板就發(fā)現(xiàn)有裂縫，這是混凝土內外溫差引起的。要設法降低水泥用量，減少混凝土早期水化熱。由于膨脹劑在1－3d的膨脹還沒充分發(fā)揮出來，有時難以完全補償溫差收縮，但是膨脹劑可以防止和減少裂縫數(shù)量，減小裂縫寬度。裂縫修補原則：小于0.2mm裂縫不用修補。大于0.2mm非貫穿裂縫，可以鑿開30－50mm，用摻膨脹劑水泥砂漿修補。對于貫穿裂縫可用化學灌漿修補。為防止地下水有害離子對墻體的侵蝕，并彌補缺陷，我們建議在側墻外壁用可濕作業(yè)的聚合物水泥基防水涂料作一層防水保護層。

    9．混凝土澆筑完后，建筑物進入使用階段，有些單位不注意維護保養(yǎng)，在竣工之前就出現(xiàn)裂縫，這是氣溫和濕度變化引起的，因此，地下室完成后，要及時復土，樓層盡快做墻體維護結構，屋面要盡快作防水保溫層。

七、結語

    建筑結構裂縫控制是個系統(tǒng)工程，近十年多來，我國工民建向長大化、復雜化發(fā)展，商品混凝土普及應用，混凝土強度等級從C30向C50發(fā)展，這些因素導致鋼筋混凝土結構開裂的機率增多。摻膨脹劑的補償收縮混凝土在防止和大大減輕混凝土開裂作出了積極貢獻。但在膨脹劑使用過程中發(fā)現(xiàn)存在一些誤區(qū)和不足地方。本文總結十多年來之經驗教訓，結合《混凝土膨脹劑》修改標準JC476-2001和《混凝土外加劑應用技術規(guī)范GBJ119修改內容，提出如何正確使用膨脹劑，將有利于全面提高我國補償收縮混凝土的應用技術水平，可供工程界參用。不妥之處請指正。