混凝土膨胀剂在应用使用中出现的主要问题？常见误区

尽管我国膨胀剂的研制开发及应用取得了显著的成绩，但随着膨胀剂工程的增多，使用范围不断扩大，不成功的例子也随之增加。目前膨胀剂在使用中出现的主要问题如下。

（1）其他外加剂对膨胀剂膨胀效能的影响
近年来商品混凝土发展及应用迅速，我国1999年的商品混凝土生产量约为5400万立方米，2005年的产量接近3亿立方米，在这众多商品混凝土的应用中几乎没有不掺加化学外加剂的混凝土。化学外加剂推动了高强、高性能混凝土的发展，对混凝土的各种性能起到很大的改善作用，但是，在高性能混凝土中应用化学外加剂也带来了一定的负面效应。研究表明，在混凝土配合比相同的情况下，掺入减水剂的坍落度可增加100～150mm，但是它与基准混凝土的收缩值相比，却增加110%～130%。例如过去干硬性及预制混凝土的收缩变形为（4～6）×10-4，而现在泵送混凝土收缩变形为（6～8）×10-4。​《混凝土外加剂》规范GB 8076—2008规定，掺减水剂的混凝土与基准混凝土的收缩比应≤135%。研究还表明，掺入不同类型外加剂混凝土的收缩比是不相同的。这说明商品混凝土浇筑的结构开裂概率大，与外加剂带来的负面影响有很大的关系。

不同种类的外加剂与膨胀剂复合使用时会对膨胀剂的膨胀效能产生不同的影响。李乃珍学者对混凝土膨胀剂与减水剂的适应性进行了初步研究，研究结果表明：萘系高效减水剂在低水灰比、干燥空气中的膨胀砂浆或膨胀混凝土中均使收缩增大，从而削弱了膨胀剂的补偿收缩效果。其他种类的外加剂对膨胀剂效能有怎样的影响，目前国内外这方面的研究资料还很少见到。

泵送剂是商品混凝土应用的基础，常为两组分或更多品种外加剂的复合，具有高效减水、缓凝、引气、大幅度提高混凝土的流动性等多种功能。当泵送剂与膨胀剂复合应用时，问题将变得十分复杂。我国膨胀剂限制膨胀试验是采用国家标准GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》中的“混凝土膨胀剂的限制膨胀率试验方法”进行测定的，制作40mm×40mm×140mm砂浆棒，由ϕ4mm×140mm的纵向钢筋和两块39.5mm×39.5mm×4mm的钢板焊接制成的纵向限制器对砂浆施加纵向限制力，其钢筋配筋率为0.785%，而在实际工程应用中，建筑物中的高性能混凝土都处于诸如钢筋、模板、基底以及相邻部位的约束下，其约束条件与实验室所用纵向限制器的约束存在很大差异，且商品混凝土中掺入的泵送剂的不同组分对膨胀剂效能的发挥也有一定的影响，这其中涉及以下几个方面：

① 减水剂品种、掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及对补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；
② 缓凝剂品种、掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及对补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；
③ 引气剂品种、掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及对补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；
④ 减水剂与缓凝剂复掺时，各组分的品种及掺量的改变，对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；
⑤ 减水剂、缓凝剂与引气剂复掺时，各组分的品种及掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响。

由于以上因素的影响，在某些掺入合格膨胀剂的大体积混凝土、补偿收缩混凝土或高性能混凝土中仍会出现裂缝问题。所以研究其他外加剂对膨胀剂膨胀效能的影响具有重要的实际意义。

（2）其他外加剂与膨胀剂相容性问题
有人认为相容性不仅仅指外加剂与水泥的适应性，更广泛的还应包括外加剂与外加剂之间的适应性。随着混凝土技术的发展，两种或多种外加剂在混凝土中复合使用已经不可避免。现在很多高性能混凝土、补偿收缩混凝土以及预应力混凝土中都将膨胀剂与其他外加剂复合使用。因而，膨胀剂与其他外加剂复合使用时，它们之间的相容性（有学者称之为适应性）已受到众多学者、机构的关注。如复掺减水剂与膨胀剂，保持流动度不变的情况下可能会导致混凝土坍落度经时损失快、凝结速率快等问题；补偿收缩混凝土中复掺减水剂、缓凝剂后可能会引起混凝土泌水、长时间不凝等问题。

（3）水胶比变化带来的问题
高强和高性能混凝土的推广，使得混凝土的水胶比降低，混凝土中的自由水随水胶比的降低而减少，当掺有硫铝酸盐膨胀剂时，膨胀剂中的CaSO4的溶出量随自由水的减少而减少。因此当水胶比很低时，硫铝酸盐系膨胀剂参与水化而产生膨胀的组分数量会受到影响，而早期未参与水化的膨胀剂组分在合适的条件下可能生成二次钙矾石，破坏混凝土的结构。因此对于低水胶比的混凝土，应选用水化需水量较小的氧化钙类膨胀剂。

（4）大体积混凝土中的温升问题
混凝土强度的提高，流动性增大，使得水泥用量增多，大体积混凝土中温升增高。当硫铝酸盐系膨胀剂取代等量的水泥时，由于含铝相组分和石膏的水化热较大，并不会降低混凝土的温升，反而可能使混凝土温升有所提高。如果施工中控制不当，硫铝酸盐系膨胀剂产生的膨胀应力不足以补偿温差应力时，会发生开裂。另外钙矾石在70℃左右会分解成单硫型水化硫铝酸钙。当温度降下以后，在适当的条件下又会形成钙矾石，产生膨胀，从而引起混凝土的开裂。因此对于大体积混凝土，应选用氧化镁系膨胀剂。

（5）掺膨胀剂混凝土的耐久性问题
研究表明，水泥石中形成的钙矾石抗碳化能力弱，钙矾石含量高时，混凝土抗碳化性能将降低。混凝土碳化将打破水泥水化产物稳定存在的平衡条件，使高碱性环境中稳定存在的水化产物转化为胶体物质，使混凝土结构承载能力大幅度下降，同时，碳化还将显著增加混凝土的收缩，使混凝土产生微细裂缝，而微细裂缝又降低了混凝土的密实性，导致混凝土的耐久性下降。氧化钙类膨胀剂水化产生的膨胀相Ca（OH）2，可以增强混凝土抗碳化性能。