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膨脹劑在防水混凝土中的正確應(yīng)用 

摘要：從膨脹劑的選擇應(yīng)用，以及防水混凝土設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)和維護(hù)等諸多方面對膨脹劑在防水混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。


關(guān)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(yīng)用，因膨脹劑應(yīng)用不當(dāng)而引起的質(zhì)量事故不斷發(fā)生，以致有人誤認(rèn)為：不摻膨脹劑不裂，摻了反而會裂。膨脹劑在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果波動(dòng)很大，同一種膨脹劑在一個(gè)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(yīng)用甚至適得其反。膨脹劑的應(yīng)用技術(shù)愈來愈引起人們的重視。混凝土中任何材料的應(yīng)用離不開其綜合使用環(huán)境，本文著重介紹膨脹劑在防水混凝土中的正確應(yīng)用。

1 膨脹劑在防水混凝土中的作用機(jī)理

水泥水化發(fā)生體積收縮，混凝土中的水分蒸發(fā)產(chǎn)生干燥收縮，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱和結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差變化引起收縮，這些收縮都會導(dǎo)致混凝土的裂縫，對結(jié)構(gòu)的剛性自防水是十分不利的。膨脹劑的主要功能是補(bǔ)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(jié)構(gòu)工程。

如目前國內(nèi)廣泛應(yīng)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(jī)理為：硫酸鈣類膨脹劑與水泥反應(yīng)形成鈣礬石（C3A·CaSO4·32H2），并產(chǎn)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(yù)壓應(yīng)力（0.2～0.7 MPa），改善混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提高抗裂性能，補(bǔ)償混凝土的收縮拉應(yīng)力，減少裂縫，從而提高防水性能。同時(shí)，由于鈣礬石具有填充、堵塞毛細(xì)孔縫的作用，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低總孔隙率，從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。

然而，膨脹劑并非萬能、一摻就靈的，只有科學(xué)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(jié)合工程實(shí)際選用合適類型的膨脹劑

《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ 50119—2003中規(guī)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(huán)境溫度為80℃以上的工程。雖然規(guī)范沒有限制長期的時(shí)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(jié)構(gòu)和厚度1 m以上的基礎(chǔ)底板等厚大結(jié)構(gòu)中應(yīng)慎重使用膨脹劑。因?yàn)榕蛎泟┰诤翊蠼Y(jié)構(gòu)內(nèi)，水化程度降低，膨脹能減小，甚至鈣礬石分解，達(dá)不到預(yù)期的補(bǔ)償收縮作用。為防止和減少混凝土溫度裂縫，其內(nèi)外溫差一般宜小于25℃。

應(yīng)用氧化鈣類膨脹劑時(shí)，由于CaO水化生成Ca（OH）2，而Ca（OH）2化學(xué)穩(wěn)定性差和膠凝性較差，它與CL—、SO42—、Na＋、Mg2+等離子進(jìn)行置換反應(yīng)，形成膨脹結(jié)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(zhì)的工程。

采用復(fù)合型膨脹劑，如緩凝型復(fù)合膨脹劑，有利于商品混凝土的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和泵送；抗凍型復(fù)合膨脹劑則適用于冬期施工的膨脹混凝土。

2．2 選用經(jīng)過嚴(yán)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(shí)，最重要的是要看其是否符合《混凝土膨脹劑》JIC475—2001）標(biāo)準(zhǔn)。其中，應(yīng)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(shí)，對儀器、檢驗(yàn)環(huán)境等要求非常嚴(yán)格。膨脹劑進(jìn)入工程現(xiàn)場后，必須經(jīng)檢測合格后才能入庫、使用。劣質(zhì)膨脹劑經(jīng)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(bǔ)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(jù)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GBJ50119—2003）8．3條規(guī)定，摻膨脹劑的混凝土的性能應(yīng)首先滿足表l、表2的要求：

表1 補(bǔ)償收縮混凝土的性能

項(xiàng)目
 限制膨脹率(×10-4)
 限制干縮率(×10-4)
 抗壓強(qiáng)度/Mpa
 
齡期
 水中14d
 水中14d

空氣中28d
 28d
 
性能指標(biāo)
 ≥1.5
 ≤3.0
 ≥25
 

表2 填充用膨脹混凝土的性能

項(xiàng)目
 限制膨脹率(×10-4)
 限制干縮率(×10-4)
 抗壓強(qiáng)度/Mpa
 
齡期
 水中14d
 水中14d

空氣中28d
 28d
 
性能指標(biāo)
 ≥2.5
 ≤3.0
 ≥30
 

同時(shí)，如果具體結(jié)構(gòu)部位有設(shè)計(jì)要求的限制膨脹率也應(yīng)滿足

2．4 確定膨脹劑的合適摻量

膨脹劑的主要功能是補(bǔ)償收縮，大量工程實(shí)踐表明，基于不同結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)性不同，在同一配合比下，也會產(chǎn)生不同的限制膨脹率。因此必須根據(jù)工程原材料試配補(bǔ)償收縮混凝土，配比除滿足混凝土坍落度、強(qiáng)度、抗?jié)B等級外，還應(yīng)滿足限制膨脹率的性能要求。膨脹劑只有摻量適宜，才能達(dá)到設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(qiáng)帶后澆帶
 0．035~0．040
 13~14
 11~12
 

設(shè)計(jì)摻膨脹劑的防水混凝土配合比應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）水膠比不宜大于0．5。

2）用于補(bǔ)償收縮混凝土的水泥用量應(yīng)不小于320kg／m3；當(dāng)摻入摻合料時(shí)，水泥用量不應(yīng)小于280kg／m3；用于填充的膨脹混凝土膠凝材料用量應(yīng)不小于350 kg／m3

3）膨脹劑摻量按等量取代膠凝材料的內(nèi)摻法，計(jì)算如下：

當(dāng)基準(zhǔn)混凝土的水泥用量為MC0，膨脹劑摻量（取代水泥率）為k時(shí)，膨脹劑用量

ME=MCO?k

水泥用量

MC=MCO-ME

當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰等摻合料時(shí)，則膨脹劑分別取代水泥和粉煤灰（摻合料）；設(shè)取代率為k，當(dāng)基準(zhǔn)混凝土的水泥用量為MC0，摻合料用量為MFO時(shí)，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(fù)合使用要注意相容性．經(jīng)試驗(yàn)確定種類和摻量

3 防水混凝土設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的抗裂防滲控制是系統(tǒng)工程，作為設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)選用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土作為防滲方案時(shí)也應(yīng)注意正確應(yīng)用膨脹劑。

3．1 應(yīng)注明限制膨脹率

首先，設(shè)計(jì)圖上指明生產(chǎn)廠家是違規(guī)的，但可推薦品牌種類。其次，不應(yīng)指定摻量，而應(yīng)標(biāo)明強(qiáng)度、抗?jié)B等級、限制膨脹率和限制干縮率，由用戶根據(jù)這些設(shè)計(jì)指標(biāo)要求通過試配確定適宜的膨脹劑摻量。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)表3確定不同部位的限制膨脹率。

3．2 采取必要的構(gòu)造措施

摻膨脹劑的混凝土是通過鋼筋和鄰位的約束在結(jié)構(gòu)中建立預(yù)壓應(yīng)力的，所以設(shè)計(jì)應(yīng)采用細(xì)而密的配筋原則，同時(shí)在結(jié)構(gòu)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(yǎng)護(hù)差、受外界溫差影響大，易出現(xiàn)縱向收縮裂縫，其水平構(gòu)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(nèi)宜為50～100 mm。

地下室和水工構(gòu)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(qiáng)度等級C50～C60的墻體，單獨(dú)摻膨脹劑難以補(bǔ)償收縮應(yīng)力，設(shè)計(jì)可采用復(fù)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(jì)量

膨脹劑的摻加一定要保證計(jì)量準(zhǔn)確，摻量誤差應(yīng)小于±2％。膨脹劑摻少了，不能形成足夠的膨脹能，不能完全補(bǔ)償混凝土的收縮；摻多了，膨脹能太大，會導(dǎo)致膨脹開裂。

4．2 防水混凝土的攪拌

現(xiàn)場拌制混凝土的拌和時(shí)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(shù)要求與普通混凝土基本相同：振搗必須密實(shí)，不得漏振、欠振和過振。在混凝土終凝之前，采用機(jī)械或人工多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生。

4．4 防水混凝土的養(yǎng)護(hù)

試驗(yàn)表明，潮濕養(yǎng)護(hù)條件是確保摻膨脹劑混凝土膨脹性能的關(guān)鍵因素。因?yàn)樵诔睗癍h(huán)境下，水分不會很快蒸發(fā)，鈣礬石等膨脹源可以不斷生成，從而使水泥石結(jié)構(gòu)逐漸致密，不斷補(bǔ)償混凝土的收縮。因此施工中必須采取相應(yīng)措施，保證混凝土潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。


基礎(chǔ)底板易養(yǎng)護(hù)，一般用麻袋或草席覆蓋，定期澆水養(yǎng)護(hù)；能蓄水養(yǎng)護(hù)最好。

墻體等立面結(jié)構(gòu)，受外界溫度、濕度影響較大，易發(fā)生縱向裂縫。實(shí)踐表明，混凝土澆筑完后3～4 d水化溫升最高，而抗拉強(qiáng)度很低，因此不宜早拆模板，應(yīng)采用保溫性能較好的膠合板，減少墻內(nèi)外的溫差應(yīng)力，從而減少裂縫。墻體澆筑完后，從頂部設(shè)水管慢慢噴淋養(yǎng)護(hù)。

冬期施工不能澆水，并應(yīng)注意保溫養(yǎng)護(hù)。

4．5 防水混凝土的維護(hù)保養(yǎng)

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(chǎn)生的溫差裂縫是難以解決的，因此要注意對結(jié)構(gòu)的及時(shí)保養(yǎng)，如地下室完成后．要及時(shí)回填土。

5 結(jié)語

用膨脹劑配制防水混凝土實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償收縮作用和結(jié)構(gòu)的抗裂防滲是有效的，但不是萬能的。只有在科學(xué)理論的指導(dǎo)下，正確應(yīng)用膨脹劑，精心組織施工，協(xié)調(diào)各方面影響因素，才能取得理想的。