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膨脹劑在防水混凝土中的正確應用
發布時間：2014-08-09
膨脹劑在防水混凝土中的正確應用 摘要：從膨脹劑的選擇應用，以及防水混凝土設計、施工、養護和維護等諸多方面對膨脹劑在防水混凝土中的應用進行了闡述。
關鍵詞：膨脹劑；防水混凝土；限制膨脹率；摻量
隨著膨脹劑在防水混凝土中的廣泛應用，因膨脹劑應用不當而引起的質量事故不斷發生，以致有人誤認為：不摻膨脹劑不裂，摻了反而會裂。膨脹劑在實際工程中的應用效果波動很大，同一種膨脹劑在一個工程中防水抗裂效果顯著，用于另外類似的工程中卻失敗。摻了膨脹劑并非萬無一失，不正確的應用甚至適得其反。膨脹劑的應用技術愈來愈引起人們的重視。混凝土中任何材料的應用離不開其綜合使用環境，本文著重介紹膨脹劑在防水混凝土中的正確應用。
1 膨脹劑在防水混凝土中的作用機理
水泥水化發生體積收縮，混凝土中的水分蒸發產生干燥收縮，水泥水化產生大量水化熱和結構內外溫差變化引起收縮，這些收縮都會導致混凝土的裂縫，對結構的剛性自防水是十分不利的。膨脹劑的主要功能是補償混凝土硬化過程中的早期干縮裂縫和中期水化熱引起的溫差收縮裂縫，減少收縮開裂，尤其適用于地下、水工、海工、地鐵等防水混凝土結構工程。
如目前國內廣泛應用的硫酸鈣類膨脹劑、若以適宜的摻量摻入混凝土中，可減少混凝土的裂縫。其作用機理為：硫酸鈣類膨脹劑與水泥反應形成鈣礬石（C3A·CaSO4·32H2），并產生體積膨脹，在鋼筋和鄰位的約束限制條件下，可在混凝土中建立一定的預壓應力（0.2～0.7 MPa），改善混凝土的應力狀態，提高抗裂性能，補償混凝土的收縮拉應力，減少裂縫，從而提高防水性能。同時，由于鈣礬石具有填充、堵塞毛細孔縫的作用，改善了混凝土的孔結構，降低總孔隙率，從而提高了混凝土的抗滲性能。
然而，膨脹劑并非萬能、一摻就靈的，只有科學使用膨脹劑，才能收到理想效果，否則會適得其反。
2 膨脹劑的選用和摻量
2.1 結合工程實際選用合適類型的膨脹劑
《混凝土外加劑應用技術規范》GBJ 50119—2003中規定，硫鋁酸鈣類、氧化鈣一硫鋁酸鈣類膨脹劑不能用于長期處于環境溫度為80℃以上的工程。雖然規范沒有限制長期的時間，但考慮到安全，如果沒有足夠的降溫措施，在厚度2 m以上的混凝土結構和厚度1 m以上的基礎底板等厚大結構中應慎重使用膨脹劑。因為膨脹劑在厚大結構內，水化程度降低，膨脹能減小，甚至鈣礬石分解，達不到預期的補償收縮作用。為防止和減少混凝土溫度裂縫，其內外溫差一般宜小于25℃。
應用氧化鈣類膨脹劑時，由于CaO水化生成Ca（OH）2，而Ca（OH）2化學穩定性差和膠凝性較差，它與CL—、SO42—、Na＋、Mg2+等離子進行置換反應，形成膨脹結晶體或被溶析出來，因此從耐久性角度考慮，該類膨脹劑不得用于海水和有侵蝕性介質的工程。
采用復合型膨脹劑，如緩凝型復合膨脹劑，有利于商品混凝土的遠距離運輸和泵送；抗凍型復合膨脹劑則適用于冬期施工的膨脹混凝土。
2．2 選用經過嚴格檢測的膨脹劑
面對市場上種類繁多、良莠不齊的膨脹劑，選用時，最重要的是要看其是否符合《混凝土膨脹劑》JIC475—2001）標準。其中，應特別注意21 d空氣中限制膨脹率值是否合格。測定限制膨脹率時，對儀器、檢驗環境等要求非常嚴格。膨脹劑進入工程現場后，必須經檢測合格后才能入庫、使用。劣質膨脹劑經常摻加粉煤灰，不能形成足夠的膨脹源，限制膨脹率不合格，因而不能很好地起補償收縮作用。
2．3 混凝土限制膨脹率和限制干縮率的檢測
根據《混凝土外加劑應用技術規范》（GBJ50119—2003）8．3條規定，摻膨脹劑的混凝土的性能應首先滿足表l、表2的要求：
表1 補償收縮混凝土的性能
項目
限制膨脹率(×10-4)
限制干縮率(×10-4)
抗壓強度/Mpa
齡期
水中14d
水中14d
空氣中28d
28d
性能指標
≥1.5
≤3.0
≥25
表2 填充用膨脹混凝土的性能
項目
限制膨脹率(×10-4)
限制干縮率(×10-4)
抗壓強度/Mpa
齡期
水中14d
水中14d
空氣中28d
28d
性能指標
≥2.5
≤3.0
≥30
同時，如果具體結構部位有設計要求的限制膨脹率也應滿足
2．4 確定膨脹劑的合適摻量
膨脹劑的主要功能是補償收縮，大量工程實踐表明，基于不同結構部位的收縮變形值不同，各部位的防水混凝土的限制膨脹率和膨脹劑摻量也應不同，可參考表3選用。
此外，膨脹劑與不同的水泥和減水劑的適應性不同，在同一配合比下，也會產生不同的限制膨脹率。因此必須根據工程原材料試配補償收縮混凝土，配比除滿足混凝土坍落度、強度、抗滲等級外，還應滿足限制膨脹率的性能要求。膨脹劑只有摻量適宜，才能達到設計要求的限制膨脹率。
表3 不同部位的限制膨脹率和膨脹劑摻量
結構部位
限制膨脹率/%
普通膨脹劑摻量/%
高效膨脹劑摻量/%
底板、頂板
0．015~0．020
10~11
7~8
邊 墻
0．025~0．030
11~12
9~10
膨脹加強帶后澆帶
0．035~0．040
13~14
11~12
設計摻膨脹劑的防水混凝土配合比應符合下列規定：
1）水膠比不宜大于0．5。
2）用于補償收縮混凝土的水泥用量應不小于320kg／m3；當摻入摻合料時，水泥用量不應小于280kg／m3；用于填充的膨脹混凝土膠凝材料用量應不小于350 kg／m3
3）膨脹劑摻量按等量取代膠凝材料的內摻法，計算如下：
當基準混凝土的水泥用量為MC0，膨脹劑摻量（取代水泥率）為k時，膨脹劑用量
ME=MCO?k
水泥用量
MC=MCO-ME
當混凝土中摻入粉煤灰等摻合料時，則膨脹劑分別取代水泥和粉煤灰（摻合料）；設取代率為k，當基準混凝土的水泥用量為MC0，摻合料用量為MFO時，膨脹劑用量
ME=（MCO+MFO）?k
摻合料用量
MF=MFO·（1—k）
水泥用量
MC=MCO?（1—k）
4）膨脹劑與其它外加劑復合使用要注意相容性．經試驗確定種類和摻量
3 防水混凝土設計
建筑結構的抗裂防滲控制是系統工程，作為設計單位，設計選用摻膨脹劑的補償收縮混凝土作為防滲方案時也應注意正確應用膨脹劑。
3．1 應注明限制膨脹率
首先，設計圖上指明生產廠家是違規的，但可推薦品牌種類。其次，不應指定摻量，而應標明強度、抗滲等級、限制膨脹率和限制干縮率，由用戶根據這些設計指標要求通過試配確定適宜的膨脹劑摻量。設計時可根據表3確定不同部位的限制膨脹率。
3．2 采取必要的構造措施
摻膨脹劑的混凝土是通過鋼筋和鄰位的約束在結構中建立預壓應力的，所以設計應采用細而密的配筋原則，同時在結構開口部位、變截面部位和出入口部位適量增加附加筋。
墻體由于施工困難、養護差、受外界溫差影響大，易出現縱向收縮裂縫，其水平構造筋的配筋率宜大于0．4％，水平筋的間距一般宜小于150 mm，墻體中部或頂端300～400 mm范圍內宜為50～100 mm。
地下室和水工構筑物的底板和邊墻的后澆縫最大間距不宜超過60 m。對于強度等級C50～C60的墻體，單獨摻膨脹劑難以補償收縮應力，設計可采用復合摻入膨脹劑和纖維的抗裂混凝土。
4 防水混凝土施工
4．1 膨脹劑的計量
膨脹劑的摻加一定要保證計量準確，摻量誤差應小于±2％。膨脹劑摻少了，不能形成足夠的膨脹能，不能完全補償混凝土的收縮；摻多了，膨脹能太大，會導致膨脹開裂。
4．2 防水混凝土的攪拌
現場拌制混凝土的拌和時間要比普通混凝土延長30 s，以保證膨脹劑在混凝土中均勻分散。
4．3 防水混凝土的澆筑
摻膨脹劑的混凝土澆筑方法和技術要求與普通混凝土基本相同：振搗必須密實，不得漏振、欠振和過振。在混凝土終凝之前，采用機械或人工多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產生。
4．4 防水混凝土的養護
試驗表明，潮濕養護條件是確保摻膨脹劑混凝土膨脹性能的關鍵因素。因為在潮濕環境下，水分不會很快蒸發，鈣礬石等膨脹源可以不斷生成，從而使水泥石結構逐漸致密，不斷補償混凝土的收縮。因此施工中必須采取相應措施，保證混凝土潮濕養護時間不少于14 d。
基礎底板易養護，一般用麻袋或草席覆蓋，定期澆水養護；能蓄水養護最好。
墻體等立面結構，受外界溫度、濕度影響較大，易發生縱向裂縫。實踐表明，混凝土澆筑完后3～4 d水化溫升最高，而抗拉強度很低，因此不宜早拆模板，應采用保溫性能較好的膠合板，減少墻內外的溫差應力，從而減少裂縫。墻體澆筑完后，從頂部設水管慢慢噴淋養護。
冬期施工不能澆水，并應注意保溫養護。
4．5 防水混凝土的維護保養
膨脹劑主要解決混凝土的早期干縮裂縫和中期水化熱引起的溫度收縮裂縫，對于后期氣候變化產生的溫差裂縫是難以解決的，因此要注意對結構的及時保養，如地下室完成后．要及時回填土。
5 結語
用膨脹劑配制防水混凝土實現補償收縮作用和結構的抗裂防滲是有效的，但不是萬能的。只有在科學理論的指導下，正確應用膨脹劑，精心組織施工，協調各方面影響因素，才能取得理想的。
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