1、水泥与混凝土膨胀剂在微膨胀防水混凝土中的应用#$%&()&*+ *, -.$(+/&0- (1-+) &+ /%&12) -.$(+/&0- 3()-4$4*, *+4-)-苏 英 ! 甘向晨 5 贺行洋 ! 曾三海 ! 李先志 ! 湖北工业大学湖北 武汉 67889:#5 建筑材料工业技术监督研究中心北京 !88856$摘 要%利用膨胀剂水化硬化过程中的膨胀特性!可配制具有一定防水功能的微膨胀防水混凝土 本文在对我国现有膨胀剂的类别及化学组成进行分析的基础上 !探讨了膨胀防水混凝土的防水机理!并对微膨胀防水混凝土的物理力学性能#耐久性以及配制技术要点进行了分析关键词%防水混凝土$膨胀剂$防水
2、机理$配制技术中图分类号;5: 文献标识码;? 文章编号; !887:A9B588CD85888!86在有约束的防水混凝土工程中!采用膨胀混凝土浇筑可减少收缩裂缝的产生!提高混凝土的密实性 !在一定程度上实现混凝土的防水功能 微膨胀防水混凝土就是指采用膨胀水泥或掺加膨胀剂配制的! 在凝结硬化过程中产生一定的体积膨胀!补偿因干燥失水# 温度变化等原因引起的体积收缩!抑制和减少收缩裂缝的产生! 增强混凝土的密实性!从而满足防水工程需要的一类混凝土目前! 国内膨胀混凝土的配制主要采用膨胀剂 !在地下工程及超长结构的防水施工中应用比较广泛 我国已研制出多达十几个品种的膨胀剂!并制订了相关标准$! #$
3、%&($)%混凝土外加剂应用技术规范&和 *+ ,-.($%混凝土膨胀剂&对膨胀剂的生产#应用进行规范!膨膨胀胀剂剂的的类类别别及及化化学学组组成成我国现有十几个品种的混凝土膨胀剂!按化学组成划分 !主要有以下几类 (硫铝酸钙类 #氧化钙类#氧化镁类等!硫铝酸钙类膨胀剂硫铝酸钙类膨胀剂是以硫铝酸盐熟料#硅铝酸盐熟料或铝土熟料与石膏配制磨细而成 硫铝酸钙类膨胀剂包括 /% 型膨胀剂#/( 型膨胀剂#/ 型高效膨胀剂#铝酸钙膨胀剂和明矾石膨胀剂等几个品种!其主要膨胀源为水化硫铝酸钙 它们的基本组成#参考掺量#含碱量如表 % 所示!表 ( 为掺有硫铝酸钙类膨胀剂的水泥的物理性能%水泥与混凝土表 !
4、各类硫铝酸钙类膨胀剂组成!含碱量及参考掺量膨胀剂品种!代号基本组成含碱量!掺量!#$% 型膨胀剂!#$%硫铝酸钙熟料#明矾石#石膏%&(%&)%(%*#$* 型膨胀剂!#$*硫铝酸钙熟料#明矾石#石膏%&+(*&,(%*# 型高效膨胀剂!#-./0硅铝酸钙熟料#明矾石#石膏&)(&,(%铝酸钙膨胀剂!.-.铝酸钙#明矾石#石膏&)(&+%(%*明矾石膨胀剂!-./1明矾石#石膏*&)(2&%)(%+表#掺硫铝酸钙类膨胀剂水泥的物理性能品种掺量!9凝结时间限制膨胀率!抗压强度!:;抗折强度!:;34+=/8*?4)ABC%D?&4?/&*2&4+&)&=&,!# 氧化钙类膨胀剂试件经水中 %4
5、天养护后 % 置于相对湿度 )的氧化钙类膨胀剂主要包括石灰脂膜膨胀剂和*)!空气中养护% 年后仍有 &%的膨胀率%空3-. 膨胀剂$ 石灰脂膜膨胀剂是以氧化钙为膨胀气中后期收缩较小$源%由普通石灰和硬脂酸按一定比例混磨而成$ 硬氧化钙类膨胀剂的后期膨胀可能导致已硬化脂酸一方面在研磨过程中起助磨作用%另一方面又的混凝土结构开裂&强度降低%工程中已出现此类粘附在石灰的表面%对石灰起憎水隔离作用 %延缓事例报道$ 因氧化钙类膨胀剂的残余膨胀问题%日石灰的水化%以控制其膨胀速率$ 石灰脂膜膨胀剂本已禁用该类膨胀剂%北京市建委也曾发文要求该保质期短%其膨胀速率受温度&湿度影响较大%难以类膨胀剂使用前需按
6、产品掺量测定水泥净浆安定控制%很难用于混凝土的补偿收缩%主要用于设备性$ 国标 67 )%8/*2混凝土外加剂应用技术基础灌浆以减少混凝土的收缩$规范 (中 ,&*&2 条规定 )氧化钙类膨胀剂配制的混3-. 膨胀剂是以石灰石&铝土质材料&铁质原凝土!砂浆不得用于海水或有侵蚀性水的工程$料 &明矾石等为原料 %经 %4(%)!煅烧 &研磨!$ 氧化镁类膨胀剂而成%其膨胀源以氧化钙为主&钙矾石为次$ 3-.氧化镁类膨胀剂一般是在 ,(8!温度范膨胀剂化学成分和 %5* 灰砂比砂浆的限制膨胀率围内煅烧菱镁矿%经磨细而制得$ 氧化镁水化生成分别如表 2&表 4 所示$ 掺 %3-. 膨胀剂混凝土氢氧
7、化镁结晶!水镁石%摩尔体积增加 % 倍多%可表 $%& 膨胀剂的化学组成 ()*烧失量EAF*.G*F2HI*F23F:JFEF2K*FL*F*&*%)&8*4&%*%&=+&,&)22&4+&2)&4%表 +掺 !,)%& 膨胀剂砂浆的限制膨胀率 ()*龄期2M+M*,M2=%N2N限制膨胀率&*%&2*&42&4,&48&4+&4,*水泥与混凝土表 !氧化镁膨胀剂混凝土的自由膨胀率养护温度膨胀剂掺量各龄期氧化镁膨胀剂混凝土的自由膨胀率#!#$!%&()&$&*&!)&(+,-%,(-,%!-,(-,%-,$,+,-!%,-(+,-*,-+,*-,-!(!,引起混凝土的膨胀# 氧化镁膨胀剂具
8、有延迟膨胀的性能$在常温下膨胀缓慢# 在水工大体积混凝土内温度较高$加速了氧化镁的化学反应$其水化 % 天后就开始膨胀$! 年内趋于稳定$ 而水泥的水化热主要发生在 % 天内$其膨胀恰好发生在降温收缩阶段 $具有较好的补偿收缩作用# 在混凝土内掺入水泥质量 -./*.的氧化镁膨胀剂$可得到性能符合要求的膨胀混凝土# 掺氧化镁膨胀剂混凝土的膨胀率如表 - 所示#!微微膨膨胀胀防防水水混混凝凝土土的的防防水水机机理理普通混凝土在水化硬化过程中会产生各种原因引起的收缩 $如干燥收缩 %温度收缩 %化学减缩等 # 在已凝结的混凝土内$收缩使得混凝土内存在应力$从而引发微裂缝# 这不仅使混凝土的整体性遭
9、到破坏$抗渗性%强度等一系列性能下降&而且还会使外界侵蚀介质更容易进入混凝土内部$使得混凝土耐久性不良# 微膨胀防水混凝土就是通过混凝土内膨胀源产生的膨胀能$补偿%抵消混凝土的收缩 $从而达到混凝土密实抗渗的目的#掺有膨胀剂的微膨胀防水混凝土在水化过程中$氧化钙%氧化镁类膨胀剂自身会发生水化反应$生成膨胀性结晶产物氢氧化钙%氢氧化镁等 $而硫铝酸钙类膨胀剂则与水泥水化产生的氢氧化钙发生反应%生成钙矾石等产物# 这些结晶产物的体积较水化前增长 ! 倍左右$构成膨胀源$在混凝土内产生一定的膨胀能$使混凝土产生体积膨胀 $补偿或抵消混凝土因干燥等原因引起的收缩$减少微裂缝的产生 &在约束的条件下$这
10、些膨胀性产物具有填充%堵塞毛细孔的作用$可改善孔结构$使混凝土孔隙率减少$孔隙直径减小$从而提高混凝土的抗渗性# 同时$膨胀性产物还可改善混凝土内的应力状态$膨胀能转变为自应力$抵消混凝土因干燥收缩等引起的拉应力$使混凝土处于受压状态 $可提高混凝土的抗裂性能$改善其渗透性# 微微膨膨胀胀防防水水混混凝凝土土的的物物理理力力学学性性能能及及耐耐久久性性膨胀是微膨胀防水混凝土最主要的特性$因其膨胀特性$使得微膨胀防水混凝土的物理力学性能及耐久性与普通混凝土有不同程度的差别#对于存在约束的微膨胀防水混凝土$混凝土内的膨胀性产物具有填充 % 密实混凝土微结构的作用 $混凝土的抗渗性得到提高&同时膨胀
11、源产生的膨胀能还可改善混凝土内的应力状态$提高混凝土的防裂抗渗能力# 适当的限制条件不仅能提高微膨胀防水混凝土的各种强度$而且与强度相关的性能也同样因限制而得到提高# 工程实践表明$存在适当限制的微膨胀防水混凝土的强度一般都超过 ( 012# 实际工程中$混凝土材料均存在一定的约束条件$如配筋%限制部位等$因此微膨胀防水混凝土的物理力学性能及耐久性一般都略优于普通混凝土# 但自由膨胀的情况下$膨胀对混凝土的物理力学性能及耐久性起着不利的作用# 在一定掺量范围内$随膨胀剂掺量的增加$混凝土的自由膨胀率随之增加$混凝土强度和其它一些物理力学性能随之有一定弱化# 当自由膨胀率超过一定值!约 ,!.时
12、 $混凝土各种力学性能及耐久性会明显劣化#因膨胀剂的需水性一般高于普通水泥$且早期水化反应速度较快$微膨胀防水混凝土拌合物的流动性低于相同用水量的普通混凝土$其坍落度损失也大于普通混凝土$ 这是施工中应予注意的问题#但微膨胀防水混凝土一般具有较好的粘聚性$泌水率较低#水化硫铝酸钙在 )!左右会发生脱水分解 $%水泥与混凝土产生体积收缩! 因而凡是掺有以钙矾石为膨胀源的膨胀剂的微膨胀防水混凝土在高温环境中会出现孔隙率增大#强度下降#抗渗性降低的情况!微微膨膨胀胀防防水水混混凝凝土土的的配配制制技技术术要要点点微膨胀防水混凝土的材料设计和施工应遵循以下技术要点$%!&配合比设计及原材料选择! 进行
13、配合比设计和原材料选择时要符合普通防水混凝土的技术要求水泥用量不能太低严格控制水灰比适当提高砂率并采用较小粒径的骨料!%&限制自由膨胀! 约束是实现微膨胀防水混凝土防水功能的必要条件! 在自由膨胀条件下膨胀对混凝土的各种性能有劣化作用只有在限制条件下膨胀才能产生各种所需的功能 起到有利作用 ! 一般限制措施为配制钢筋#掺加纤维#邻位限制等 !%#&强化搅拌! 对微膨胀防水混凝土应采用机械搅拌通常搅拌时间不得少于 #$%&并应比普通混凝土延长 #( 以上! 必须搅拌均匀以免产生局部过度膨胀!%)&调控凝结时间! 微膨胀防水混凝土施工温度高于 #!时或混凝土运输 #停放时间较长 应采取缓凝措施冬季
14、施工时最好复合一些早强剂如三乙醇胺以避免温度对混凝土性能的影响!%*&注意施工#应用环境! 微膨胀防水混凝土浇筑温度不宜大于 #*!施工温度不低于 *!低于*!时应采取保温措施! 以钙矾石为膨胀源的微膨胀防水混凝土不能用于长期处于 +!以上的工程 否则混凝土会因钙矾石的脱水分解而导致抗渗性 #强度降低!%,&加强养护! 对微膨胀防水混凝土工程应加强养护一般需要 !) 天的潮湿养护!结结语语采用膨胀剂配制的微膨胀混凝土由于膨胀剂在水化硬化过程中膨胀特性使得混凝土的微结构更加密实 物理力学性能及耐久性优于普通混凝土 具有良好的防水功能可用作防水混凝土常用于超长结构及地下工程的防水构造!参考文献%略
15、&中国建筑材料检验认证中心获得专项检测实验室资质根据建设部 !)! 号文件 (建设工程质量检测管理办法)%以下简称办法& 和北京市建委京建质-*. !)# 号文件规定申请从事建设工程质量检测机构必须于 , 年 ! 月 #! 日前按(办法)要求重新申报和审批!因此自 * 年 ! 月起中国建筑材料检验认证中心投入了大量人力#物力和财力先后完成了独立法人机构的成立计量认证机构更名见证检测实验室#幕墙检测实验室和无损检测实验室的建立技术人员的配备等工作其中见证检测#幕墙专项检测已于 , 年 / 月和 0 月分别通过了北京市建设委员会的现场检查和资质审批无损检测实验室也已于 ! 月获得了计量认证资质!见证取样检测实验室和专项检测实验室资质的按期顺利获得 为中国建筑材料检验认证中心 / 年拓展建筑工程质量检验业务奠定了良好的基础!/ 年中心将继续完成地基基础工程#主体结构工程现场检测实验室的建立和资质的申报!)
