膨脹混凝土的近期技術動向

1、第40卷第7期2013年7月建筑技術開發(fā)BuildingTechniqueDevelopmentVo140，No7Ju12013膨脹混凝土的近期技術動向朱航征編譯用于混凝土的膨脹材料，開發(fā)至今已有30多年?；炷潦褂门蛎洸牧暇哂幸种聘稍锸湛s和溫度應力引起裂縫的效果，這在膨脹材料開發(fā)期間已積累了大量研究成果。特別是在最近，有關膨脹材料定量評價的研究盛行，還有低添加型膨脹材料的普及應用，與一般商品混凝土相比，在建筑工程和土木工程中的使用比例

2、均有所增加，甚至大幅度地增加。1膨脹材料的膨脹機理膨脹材料在混凝土固化過程中，通過水化反應，被認為是一種能使混凝土體積增加的一種外加劑。按膨脹材料反應生成物質的不同，大致分為鈣礬石系和石灰系。關于膨脹材料的膨脹機理有膨潤說、粉化說等，尚未完全明確。表1所示為膨脹材料在反應中，經(jīng)質量和相對密度的計算所取得的體積，表明在反應后體積有所減少。但以鈣礬石系結晶與氫氧化鈣結晶，由于空隙的形成和增長，因而使表現(xiàn)體積隨之增長，這一說法比較有力。表1膨

3、脹材料的水化反應與體積變化膨脹材料種類水化反應與體積變化鈣礬石系3CaO‘3AI2O2。CaSO46CaO8CaSOl96H2O一3(3CaOA12O33CaSOl32H2O)質量變化6103361038l728—_3762密度261334296100—’173體積變化2341013681728(計2431)一2175體積變化率(2175—2431)100／2431=一105％石灰系CaOH20_ca(OH)2質量變化56l8—74密度

4、3311OO—224體積變化17l8(計35)一33體積變化率(33—35)100／35=一57％膨脹材料的主要化學反應的分類如表2所示。表中的A、D為硫鋁酸鈣、氧化鈣、無水石膏與水反應生成的膨脹成分為鈣礬石；B為鋁酸三鈣、石膏與水反應同樣生成鈣礬石；C、F為氧化鈣(生石灰)與水反應生成的是氫氧化鈣；E的反應與前述硫鋁酸鈣和氫氧化鈣具有相同的生成物。這些反應都是主要反應，實際上水泥中的主要礦物質是硅酸三鈣、硅酸二鈣，與間隙質的水化反應是

5、一種競爭反應，也是一種復雜反應。由于膨脹材料的水化反應生成物與水泥水化生成物是相同的，對一般混凝土固化體的組織結構因而不致有大的變化，對強度等性能也不致有大的影響。表2化學反應式類別化學反應式3CaO3AI2O3。CaSO46CaO8CaSO496H20AD_3(3CaO’A12O3‘3CaSO4’32H2O)!：3CaSO32H20B~3CaO‘AI2O3。3CaSO432H2OC，F(xiàn)Hz0一3CaO3A12O3‘CaSO46CaO8

6、CaSO496H2OE3(3CaOA12O33CaSO432H2O)ca__oHz0一!堅2膨脹混凝土的基本性能膨脹材料按單軸約束膨脹試驗(含筋率約為1％)，其標準混合量7～14d的膨脹量為(150～250)10～。近來開發(fā)的低添加型材料，其特點是：添加量少卻能獲得具有以往膨脹材料相同的膨脹性能，并提高了經(jīng)濟性。此外，面對混凝土制品又開發(fā)了一種具有旱強性軸的高性能膨脹材料，隨之對膨脹材料的需要量也日漸增加。關于低膨脹材料的應用，有關材料

7、的混合量與單軸約束膨脹率的關系如圖1所示。第7期朱航征：膨脹混凝土的近期技術動向第40卷膏，由于它能阻礙鈣礬石向單硫酸鹽轉移，可望強度增加，但混合量較大，膨脹性能將降低。為此，對于膨脹熔渣，如適量添加混合無水石膏，將有助于獲得早強性能和膨脹性能。還有可以確認的是材齡時間短，早強性大，如混凝土使用的水泥為硅酸三鈣含量大的早強水泥，由于具有促進水化的效果，因而可以獲得早期的高強度。圖4為其試驗結果。如圖中所示，無膨脹材料混合時，與普通膨脹材

8、料相比，可以確認的是，其早期強度呈增加狀態(tài)，特別是在使用早強型水泥時更具有強度大為增加的效果。0020406081時間／t圖3膨脹熔渣的細度與反應性圖4使用的水泥與早期強度5高強混凝土中的應用近年來，超高層建筑物采用超高強混凝土的施工實例日漸增多。高強混凝土與超高強混凝土由于硅灰等微粉和低水灰比的應用，隨之出現(xiàn)的是有關白收縮裂縫的疑慮。抑制自收縮裂縫可使用膨脹材料，但用于高強混凝土，經(jīng)確認即使在干燥條件下，也會引起較大的再膨脹。這種再膨

9、脹會引起高強混凝土后期強度的降低。據(jù)推測，即使在干燥條件下引起再膨脹，是由于混凝土中殘存有大粒度膨脹材料，吸水后進行水化反應因而引起再膨脹。作為防止再膨脹的對策如圖5所82示，經(jīng)確認使用易于早期進行反應的早強型膨脹材料是有效的。圖5高強混凝土的自收縮與再膨脹6膨脹材料的實際用途為使化學預應力即自應力外壓強度提高，如箱涵和離心力鋼筋混凝土管的生產(chǎn)均混合有膨脹材料。還有現(xiàn)場澆注的膨脹混凝土，一般均在標準混合量的范圍內適量使用，但已有研究表明

10、，如進一步加大混合量，就可有效利用其自應力作用。例如連續(xù)結合梁在中間支點的負彎曲梁，為控制產(chǎn)生裂縫，經(jīng)試驗采用了高膨脹性混凝土。這項研究，經(jīng)足尺試驗獲得了良好評價，且可抑制長期白應力的降低。在橋墩抗震加固時，已有實例表明，在基體設置高膨脹混凝土環(huán)形結構，其混合量超過5倍的標準添加量。經(jīng)突變荷載試驗，其彈性極限應力和應變能分別提高了30％。近來自瘛式混凝土也已有應用實例。這主要是利用了上述高強超高強混凝土，由于膨脹材料未反應顆粒在裂縫發(fā)生

11、后經(jīng)吸水發(fā)生水化反應，因而引起了再膨脹。膨脹材料具有廣泛的應用領域，如機械基礎、橋梁承座、抗震加固使用了無收縮砂漿以及靜力破碎劑等。7膨脹混凝土的今后課題有關干燥收縮裂縫問題，目前雖然尚未明確其分析方法，但在設定條件下已有能表現(xiàn)收縮應力降低效果的提案。此外，最近的研究表明，膨脹混凝土在發(fā)生裂縫前即具有延伸能力。今后，對干燥收縮裂縫有關膨脹材料效果定量化問題，仍有待取得進一步的研究成果。隨著混凝土結構物高耐久性要求，膨脹混凝土以其固有特點