混凝土膨胀剂的应用范围？影响膨胀剂膨胀作用的因素

膨胀剂的应用范围：
（1）补偿收缩混凝土
混凝土在凝结硬化过程中要产生大约相当于自身体积0.04%～0.06%的收缩，当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝，影响混凝土的耐久性，膨胀剂的作用就是在混凝土凝结硬化的初期产生一定的体积膨胀，补偿混凝土收缩，用膨胀剂产生的自应力来抵消收缩应力，从而保持混凝土体积稳定性，因此膨胀剂应是一种混凝土防裂、密实的好材料。特别是对大体积混凝土由于体积大，收缩应力也大，混凝土水化热造成的温差冷缩也严重，因此考虑用化学方法来补偿收缩是很必要的。补偿收缩混凝土主要用于地下、水中、海中、隧道等构筑物，大体积混凝土，配筋路面和板，屋面与厕浴间防水、构件补强、渗漏修补、预应力钢筋混凝土、回填槽等。
（2）自防水混凝土
许多混凝土有防水、抗渗要求，因此混凝土的结构自防水显得尤为重要，膨胀剂通常用来做混凝土结构自防水材料。用于地下防水、地下室、地铁等防水工程。
（3）自应力混凝土
混凝土在掺入膨胀剂后，除补偿收缩外，在限制条件下还保留一部分的膨胀应力形成自应力混凝土，自应力值在1.0～4.0MPa，在钢筋混凝土中形成预压应力。自应力混凝土可用于有压容器、水池、自应力管道、桥梁、预应力钢筋混凝土、预应力混凝土以及需要预应力的各种混凝土结构。
（4）抗裂防渗混凝土
主要用于坑道、井筒、隧道、涵洞等维护、支护结构混凝土，起到密实、防裂、抗渗的作用。

影响膨胀剂膨胀作用的因素：
膨胀作用的发挥除了与膨胀剂本身的成分和作用有关外，还和水泥及混凝土膨胀的条件有关，膨胀剂的膨胀作用除了有大小不同之外，更重要的是合理发挥时间，膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一定的速率增长，才能发挥最佳效果。如果太早则因强度不够，或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力被吸收而发挥不出来，如果太迟又会因混凝土强度太高，膨胀作用发挥不出来或膨胀作用破坏已形成的结构，因此了解各种因素的影响，控制好膨胀剂的最佳膨胀作用时间与强度是收到良好效果的必要条件。
（1）水泥的影响
对硫铝酸盐膨胀剂来说，不同水泥其膨胀率不同，水泥的质量对水中养护、空气养护的膨胀率、抗压强度、抗折强度影响都不一样，主要与水泥中的熟料有关。① 膨胀率随水泥中Al2O3、SO3含量的增加而增加② 水泥品种影响膨胀率，矿渣水泥膨胀率大于粉煤灰水泥的膨胀率。③ 水泥用量影响膨胀率，水泥用量越高，膨胀值越大。水泥用量越低，膨胀值低，日本规定掺膨胀剂的混凝土水泥用量不得低于290kg/m3，水泥强度等级低则膨胀值高，水泥强度等级高，则膨胀值低。
（2）养护条件的影响
养护条件对掺膨胀剂的混凝土非常重要，膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇筑的初期，一般14d以后其膨胀率则趋于稳定，这也是水泥水化的重要阶段，两者之间就有争水现象，如果养护不好就有可能出现：或者由于硫铝酸盐膨胀剂水化不充分形不成足够的膨胀值，或者由于膨胀速率大与水泥的水化速率不匹配，而影响强度的发展甚至膨胀力被尚具有塑性的混凝土吸收。
（3）温度、湿度的影响
温度变化不但影响膨胀剂的膨胀速率，还影响膨胀值，温度过高，混凝土坍落度损失快，极限膨胀值小，温度过低，膨胀速率减慢，极限膨胀值也减小。硫铝酸盐系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂及氧化镁系膨胀剂均具有温度敏感性。湿度也很重要，膨胀剂的反应离不开水，尤其是硫铝酸盐系膨胀剂，因为生成钙矾石需要大量的水，钙矾石分子中有32个水分子，更需要大湿度的环境。尤其是混凝土浇筑的早期，钙矾石如果湿度不够，延长养护时间也难达到极限膨胀值。掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土在干燥状态下，均会引起自身的体积收缩，但如果恢复到潮湿环境或浸入水中，掺膨胀剂的混凝土重新恢复膨胀，因收缩产生的裂纹可能重新恢复原状，这就是膨胀混凝土的自愈作用。而普通混凝土的干缩是不可逆的，这种性能对掺膨胀剂的混凝土的防水、防渗作用是非常有利的。
（4）混凝土配筋率的影响
膨胀混凝土的膨胀应力与限制条件有关，在钢筋混凝土中配筋率为主要的限制条件，配筋率过低虽然膨胀变形大，但自应力值不高；配筋率过高，膨胀率小，自应力值也不高，而且不经济。一般当配筋率在0.2%～1.5%范围内，钢筋混凝土的自应力值随配筋率的增加而增加。
（5）水灰比对膨胀作用的影响
水灰比的影响主要归根于混凝土强度发展历程与膨胀剂膨胀发展历程的匹配关系。水灰比较小时，混凝土早期强度高，高强度会限制约束膨胀的发挥，从而减低膨胀效能；水灰比较大时，混凝土早期强度发展缓慢，膨胀剂产生的膨胀会由于没有足够的强度骨架约束而衰减，从而降低有效膨胀。另外，高水灰比水泥浆体的孔隙率也高，这时会有相当一部分膨胀性水化产物填充孔隙，也会降低有效膨胀。
（6）矿物掺合料对膨胀剂的影响
在混凝土中掺入一定量的某些低钙矿物掺合料，如磨细矿渣、粉煤灰等，对任何原因例如过量SO3、碱土集料反应等引起的膨胀都有抑制作用，但是有些矿物掺合料对膨胀剂的膨胀会产生抑制作用，矿物掺合料对膨胀抑制作用不仅与其掺量有关，还与SO3水平有关，也就是说，也与膨胀剂和水泥的组分有关，不同矿物掺合料对膨胀剂的膨胀作用影响规律是不同的。掺用大量矿物掺合料的高性能混凝土的推广应用是混凝土发展的必然趋势，赵顺增教授认为在大掺量掺合料的高性能混凝土中，氧化钙类膨胀剂具有更优异的性能，因为氧化钙水化反应生成Ca（OH）2产生膨胀后，膨胀相Ca（OH）2可以进一步与掺合料所含的活性SiO2进行二次火山灰反应，生成C-S-H凝胶，有利于解决大掺量掺合料混凝土的“贫钙”现象，提高混凝土抗碳化性能。
（7）约束条件对膨胀作用的影响
对于水泥混凝土，无约束的自由收缩不会引起开裂，有约束的收缩在内部产生拉应力，达到某值时必然会引起开裂，而无约束的自由膨胀使混凝土内部疏松，甚至开裂，约束下的膨胀则使混凝土内部紧密，补偿混凝土收缩。掺加膨胀剂的作用是利用约束下的膨胀变形来补偿收缩变形，将早期膨胀与结束湿养护后的收缩相叠加，使混凝土中不产生出现拉应力的负变形，则裂缝完全被防止。因此不能只从砂浆和混凝土自由膨胀和收缩来讨论裂缝的防治，必须考虑约束条件，约束必须恰当：约束太小，产生过大的膨胀，削弱混凝土的强度，甚至开裂，约束太大，膨胀率太小，不足以补偿收缩。
（8）大体积混凝土中温升的影响
掺入膨胀剂的混凝土的膨胀、收缩性质是在养护温度为17～23℃条件下测定的，混凝土强度提高，水泥用量增大，大体积混凝土温度升高，掺入膨胀剂后，尽管取代部分水泥，但不会降低混凝土的温升，混凝土内部温度在高可达70℃以上，硫铝酸盐系膨胀剂的水化产物为钙矾石，在温度为65℃时开始脱水分解，水泥浆体中钙矾石形成受到限制，早期未参与反应的铝、硫成分，或水化初期生成钙矾石，又与水化温升而脱水以致分解，在混凝土使用期间的合适条件下，重新生成钙矾石，即二次钙矾石，二次钙矾石的膨胀与混凝土强度发展不协调，不能达到混凝土补偿收缩的目的，还会造成混凝土结构的劣化。因此，在大体积混凝土中，一般不宜用硫铝酸盐系膨胀剂，而应选用氧化镁系膨胀剂。
（9）施工对膨胀作用的影响
① 混凝土搅拌对膨胀作用的影响　掺膨胀剂后，由于膨胀剂在混凝土中分布不均匀，必然会因膨胀不均造成局部膨胀开裂，因此应控制搅拌时间使膨胀剂在混凝土中分散均匀。② 后期养护对膨胀作用的影响　膨胀剂的持续水化离不开水的供给，保持充分的水养护是水泥水化和膨胀剂水化反应的保证。一旦混凝土硬化早期没有及时浇水，自由水蒸发后，水泥水化使混凝土内部毛细孔被切断，再恢复浇水，水进不到内部，得不到应有的膨胀，就会造成较大的自收缩，在施工过程中应加强混凝土的后期养护。
（10）膨胀剂的品质对混凝土的影响
① 组成与细度　
膨胀剂的组成是决定膨胀剂作用的关键因素，以硫铝酸盐膨胀剂为例，其膨胀源为钙矾石，生成钙矾石的速率和数量主要受氧化铝和三氧化硫含量的影响，其中三氧化硫起主要作用，硫铝酸盐膨胀剂中三氧化硫含量的高低可以决定掺量大小。而石灰系膨胀剂和氧化镁型膨胀剂的膨胀性能则分别取决于氧化钙和氧化镁含量多少。膨胀剂的细度会影响膨胀性能大小，硫铝酸盐系膨胀剂细度越小，比表面积越大，化学反应速率越快，从而影响钙矾石的生成速率和数量；氧化钙类膨胀剂颗粒越粗，膨胀越大，膨胀稳定期也越长，比较理想的粒径范围是30～100μm。
② 掺量　
混凝土的自由膨胀率随着膨胀剂的掺量而增加。
③ 膨胀剂的贮存　
膨胀剂在生产过程中经过高温煅烧，其中的水泥组分如硫铝酸盐熟料、铝酸盐熟料、生石灰等遇水容易受潮而影响其膨胀性能，因此，膨胀剂的贮存期不宜过长，更不可露天存放。