如何正確使用混凝土膨脹劑

一、前言

    經(jīng)十多年來(lái)的開發(fā)應(yīng)用，我國(guó)混凝土膨脹劑得到較廣泛的應(yīng)用，累計(jì)總量約200萬(wàn)噸，以膨脹劑平均摻量40kg/m3計(jì)，折合補(bǔ)償收縮混凝土近5000萬(wàn)M3。其中UEA膨脹劑約占總量的80％左右。在各種抗裂防滲工程應(yīng)用中總的效果是良好的。但隨著用量的增大，有些設(shè)計(jì)、科研和高校的專家學(xué)者反映，補(bǔ)償收縮混凝土工程裂滲事故有隨用量激增而增多之勢(shì)，值得我們深思和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，只有這樣才能把我國(guó)膨脹劑的開發(fā)應(yīng)用沿著健康的方向發(fā)展。

    我們根據(jù)我國(guó)膨脹劑生產(chǎn)質(zhì)量現(xiàn)況和工程中應(yīng)用存在的問(wèn)題，結(jié)合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的修訂，提出如何正確使用混凝土膨脹劑，可供設(shè)計(jì)、施工和混凝土攪拌站的技術(shù)人員參考。

二、怎樣選用膨脹劑

    膨脹劑主要功能是補(bǔ)償混凝土硬化過(guò)程中的干縮和冷縮。為減免收縮開裂，它可以應(yīng)用于各種抗裂防滲混凝土，尤其適用于與防水有關(guān)的地下、水工、海工、地鐵、隧道和水電等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程。

    選用膨脹劑時(shí)，首先檢驗(yàn)它是否達(dá)到《混凝土膨脹劑》建材行業(yè)JC476-2001標(biāo)準(zhǔn)。主要看三項(xiàng)：一是堿含量≤0.75％，二是水中7d限制膨脹劑≥0.025％，三是摻量≤12％（北京市建委規(guī)定摻量≤8％才能入市）?，F(xiàn)在許多省市已取消產(chǎn)品許可證，更要加強(qiáng)質(zhì)檢。對(duì)于重大工程，應(yīng)到膨脹劑生產(chǎn)廠家考察其生產(chǎn)工藝線和化驗(yàn)儀器設(shè)備是否先進(jìn)、齊全。在庫(kù)房隨機(jī)取樣抽驗(yàn)，防止假冒偽劣膨脹劑流入市場(chǎng)。現(xiàn)在膨脹劑牌號(hào)近30個(gè)，同一品牌如UEA，全國(guó)有25個(gè)廠生產(chǎn)，不管哪家的膨脹劑，都應(yīng)通過(guò)用戶自檢或委托有咨詢單位復(fù)檢，合格者才能使用，不合格者則拒用。甚至追究廠家的經(jīng)濟(jì)責(zé)任。

    我國(guó)膨脹劑有三種類型：硫鋁酸鈣類（如UEA、AEA、PNC、FS、PPT等）氧化鈣-硫鋁酸鈣類（如CEA）和氧化鈣類。由于鈣礬石（C3A·3CaSO4·32H2O）的化學(xué)穩(wěn)定性和耐水性優(yōu)良，國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)生產(chǎn)硫鋁酸鈣類膨脹劑。CaO水化生成Ca(OH)2可以產(chǎn)生膨脹，但Ca(OH)2在壓力水下易溶解，所以GBJ119規(guī)范中規(guī)定，含CaO膨脹劑不得使用在地下，海工等防水工程中，目前只有北京市有兩家生產(chǎn)CEA。用戶應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)的工程，選用恰當(dāng)類型的膨脹劑。

    有些廠家以高額回扣手段或者以貶低人家抬高自己的手段推銷自己的膨脹劑，有的廠搞偽宣傳，把膨脹劑吹成萬(wàn)能之藥，遇到這些情況，請(qǐng)您提高警惕。不管怎樣，用戶都應(yīng)隨機(jī)抽樣，按廠家推薦的摻量，檢驗(yàn)其膨脹劑是否達(dá)標(biāo)，才能決定取舍。凡膨脹劑中堿含量超過(guò)0.75%。摻量超過(guò)12％者，均屬淘汰產(chǎn)品，不得使用。

三、如何確定補(bǔ)償收縮混凝土的配合比

    現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)不少用戶在使用膨脹劑時(shí)有些誤區(qū)，主要有：

    1．摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)不明晰。膨脹劑是內(nèi)摻還是外摻？當(dāng)有粉煤灰等摻合料時(shí)，又如何設(shè)計(jì)？

    按《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ119規(guī)定：膨脹劑摻量是按等量取代膠凝材料的內(nèi)摻法。當(dāng)基準(zhǔn)混凝土的水泥用量為C0，膨脹劑摻量為K時(shí)，

        膨脹劑E =Ｃ0×K (kg/m3)

        水泥C＝C0－E （kg/m3）

    當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰等摻合料（FA0）時(shí)，則膨脹劑分別取代水泥和粉煤灰，即：

      膨脹劑E＝（C0＋FA0）·K (kg/m3)

      粉煤灰Ｆ=FA0（1－K） (kg/m3)

      水泥C＝C0(1－K)   （kg/m3）

    在配制防滲混凝土?xí)r，按規(guī)范規(guī)定：水泥用量不得小于300kg/m3，如摻入粉煤灰等，則水泥用量不得小于280kg/m3。以此為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)摻膨脹劑的混凝土配合比。由于各廠的水泥和粉煤灰活性不同，各地砂石質(zhì)量差異較大，施工選用混凝土的坍落度也不同，因此，試驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確定基準(zhǔn)混凝土的水泥和粉煤灰單方用量，再按上式計(jì)算膨脹劑的摻量。

    2．大多數(shù)施工單位和攪拌站只測(cè)摻膨脹劑混凝土的坍落度、強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)號(hào)，不測(cè)混凝土的限制膨脹率，存在“－摻就靈”的盲目思想，這是使用膨脹劑最大誤區(qū)。

    根據(jù)GBJ119規(guī)范，摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土的特性指標(biāo)是：水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率≥0.015％。測(cè)定方法是用100×100×300mm試件，中間預(yù)埋入Φ10mm限制鋼筋骨架。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到3～5MPa時(shí)脫模，用千分表測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)定初始長(zhǎng)度，然后放入水中7d、14d測(cè)定其伸長(zhǎng)率。測(cè)長(zhǎng)儀和鋼筋骨架可以從中國(guó)建材院水泥所或遼寧省瓦房店市儀器廠購(gòu)進(jìn)。

    膨脹劑主要用途是補(bǔ)償收縮，根據(jù)大量工程實(shí)踐表明，防水工程的底板混凝土的限制膨脹率ε2＝0.02－0.025％，側(cè)墻ε2＝0.03－0.035%，后澆帶或膨脹加強(qiáng)帶ε2＝0.035－0.045％為宜。不同的結(jié)構(gòu)部位的抗裂要求不同，因此，膨脹劑摻量是不同的。由于膨脹劑與水泥和減水劑的應(yīng)用性不同，試驗(yàn)表明，在同一配合比下，用冀東水泥的混凝土膨脹率較小，而用琉璃河、邯鄲水泥的混凝土膨脹率較大。另外，實(shí)施后的ISO水泥標(biāo)準(zhǔn)，各廠為了達(dá)到ISO水泥標(biāo)號(hào)，一般都把水泥熟料中C3S和C3A提高，水泥比表面積提高到350－400M2/kg，水泥收縮率會(huì)增大。這就說(shuō)明，必須根據(jù)工地原材料試配補(bǔ)償收縮混凝土，在滿足混凝土坍落度、強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)號(hào)情況下，必須達(dá)到限制膨脹率的設(shè)計(jì)要求，否則要調(diào)整膨脹劑摻量。有些單位把膨脹劑當(dāng)防水劑使用，這是可以的。但一般防水劑只能提高混凝土抗?jié)B性能，但不能抗裂。而膨脹劑首要解決混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂，不裂就不滲。而達(dá)到補(bǔ)償收縮的抗裂作用，關(guān)鍵是混凝土膨脹率能否滿足不同結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償收縮要求。必須指出，廠家推薦的膨脹劑摻量只能作參考，據(jù)我們知道有些廠家的膨脹劑質(zhì)量波動(dòng)較大，有的甚至是“調(diào)包”的偽劣產(chǎn)品。因此，我們要檢測(cè)混凝土的限制膨脹率，并以此作為配合比的主要依據(jù)。這就要求各單位混凝土試驗(yàn)室配備測(cè)限制膨脹率的儀器設(shè)備和檢測(cè)人員。

    3．許多單位反映，膨脹劑替代水泥后，混凝土強(qiáng)度下降，因而認(rèn)為少摻膨脹劑有保險(xiǎn)，這也是個(gè)誤區(qū)。

    研究表明，膨脹劑發(fā)生膨脹使用主要在1－7d，而強(qiáng)度試件是自由狀態(tài)，鈣礬石膨脹對(duì)水泥結(jié)構(gòu)有微小破壞，所以7d抗壓強(qiáng)度比空白混凝土下降10％左右屬正?，F(xiàn)象，而28d強(qiáng)度完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)。在實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)都受到鋼筋和鄰位的約束，我們?cè)囼?yàn)表明，帶模養(yǎng)護(hù)的膨脹混凝土試件的限制強(qiáng)度比自由強(qiáng)度高10-15％。所以，不必?fù)?dān)心摻膨脹劑的混凝土強(qiáng)度下降。不能以7d自由強(qiáng)度作判斷，應(yīng)以28d強(qiáng)度是否達(dá)到試驗(yàn)強(qiáng)度為準(zhǔn)。把膨脹劑視為早強(qiáng)劑是錯(cuò)誤的，以7d強(qiáng)度降低為理由而少摻膨脹劑也是錯(cuò)誤的。試驗(yàn)表明，摻膨脹劑混凝土7d抗壓強(qiáng)度達(dá)到28d試配強(qiáng)度的65％便可達(dá)標(biāo)。

4．膨脹劑摻量有意和無(wú)意少摻又是使用補(bǔ)償收縮混凝土的大誤區(qū)。我們發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)室的混凝土配合比是正確的，但實(shí)際*作掌握在民工的手中。由于許多工地和攪拌站沒有專門的膨脹劑計(jì)量裝置，靠民工以斗代秤加料，由于監(jiān)督不嚴(yán)或馬虎，民工加料有隨意性，大多是少摻。更甚者，有的承包人為了多賺錢，故意讓民工少摻，向業(yè)主多要錢。有些工程用了膨脹劑，混凝土仍開裂，我們?cè)啻螌?shí)地調(diào)查，按混凝土總量計(jì)，少用膨脹劑20－30％，原設(shè)計(jì)摻UEA12%，實(shí)際只摻8％，這樣，混凝土那能補(bǔ)償收縮？開裂就不足為怪了。我們認(rèn)為，工地和攪拌站要加強(qiáng)管理，排除不正之風(fēng)，必須按混凝土配合比加足膨脹劑是保證工程質(zhì)量的重要措施。

    5．有的用戶拘泥于膨脹劑的推薦摻量，如UEA為10-12%，不敢超過(guò)12％，這也是使用的誤區(qū)。實(shí)際工程中如后澆帶或膨脹加強(qiáng)帶，要用大膨脹混凝土填充，要求混凝土膨脹率達(dá)到0.035-0.045％，標(biāo)號(hào)提高5MPa。要摻入14－15％膨脹劑才能達(dá)到。如只限于摻12％就不能滿足設(shè)計(jì)要求，有可能開裂。所以，應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位，科學(xué)地?fù)饺氩煌瑪?shù)量膨脹劑，才能達(dá)到補(bǔ)償收縮的要求。

    6．有些推銷員不負(fù)責(zé)任地進(jìn)行誤導(dǎo)，把本廠膨脹劑的標(biāo)準(zhǔn)摻量故意降低，本來(lái)是10％說(shuō)成6－8％也可以，有的把膨脹劑“神化”，胡說(shuō)摻入后保證混凝土不裂。這些誤導(dǎo)會(huì)使用戶不能正確使用膨脹劑，容易出現(xiàn)工程裂滲事故。

四、關(guān)于復(fù)合膨脹劑

    復(fù)合膨脹劑是用膨脹劑和化學(xué)外加劑配制的產(chǎn)品，可用于拌制緩凝、早強(qiáng)、防凍和高性能的泵送混凝土。該產(chǎn)品曾列入《混凝土膨脹劑》建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JC476-1998中，但在實(shí)施中發(fā)現(xiàn)不少問(wèn)題：

    1．質(zhì)檢站提出，復(fù)合膨脹劑由于摻入減水劑、防凍劑等化學(xué)外加劑，膨脹劑用砂漿檢驗(yàn)，化學(xué)外加劑用混凝土檢驗(yàn)，檢測(cè)十分繁雜，而結(jié)果往往相佐。如膨脹劑規(guī)定堿含量≤0.75％，由于減水劑、早強(qiáng)劑和防凍劑中含有Na2SO4，故堿含量往往超標(biāo)。由于復(fù)合膨脹劑中摻入減水劑，容易蔽蓋了膨脹劑本身的質(zhì)量問(wèn)題。

    2．混凝土攪拌站提出：由于水泥品種不同，按廠家推薦的復(fù)合膨脹劑摻量，難以達(dá)到混凝土的坍落度要求，有時(shí)坍落度損失大難以泵送，這時(shí)，攪拌站要增添減水劑才能達(dá)到，使用麻煩。

    基于上述二條理由，新修改的JC476-2001標(biāo)準(zhǔn)中，已取消《復(fù)合膨脹劑》這種產(chǎn)品，請(qǐng)用戶明鑒。但是，復(fù)合膨脹劑具有多功能和使用優(yōu)點(diǎn)。如用戶愿意使用復(fù)合膨脹劑，生產(chǎn)廠家可按用戶要求提供產(chǎn)品，但廠家要做好現(xiàn)場(chǎng)售后服務(wù)。

五、設(shè)計(jì)中注意問(wèn)題

    建筑結(jié)構(gòu)裂滲控制是個(gè)系統(tǒng)工程，許多設(shè)計(jì)單位推薦使用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土作為一個(gè)防裂措施，但他們對(duì)膨脹劑正確使用不了解，也存在一些誤區(qū)，應(yīng)以糾正。

    1．在設(shè)計(jì)圖紙上指明廠家是違規(guī)的，可推薦膨脹劑品牌，但不應(yīng)指定摻量。合理的說(shuō)明是：“采用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土、強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B標(biāo)號(hào)、混凝土水中14d限制膨脹率大于0.015％（或者根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位提出更高的膨脹率）?！边@樣，可由用戶選擇膨脹劑品牌及其合理?yè)搅?，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

    2．混凝土變形（膨脹和收縮）與限制是個(gè)矛盾的統(tǒng)一體。膨脹要通過(guò)鋼筋和鄰位約束才能在結(jié)構(gòu)中建立預(yù)壓應(yīng)力。所以，要求設(shè)計(jì)者采用細(xì)而密的配筋原則，個(gè)別開口部和墻柱連接處由于應(yīng)力集中易開裂，應(yīng)增添附加鋼筋。由于墻體難施工、養(yǎng)護(hù)差，受外界溫差影響大，易出現(xiàn)縱向裂縫。要求墻體的水平構(gòu)造筋的間距小于150mm，配筋率在0.5％左右。在墻中部1m范圍內(nèi)，水平筋的間距加密至80－100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收縮應(yīng)力；水平筋應(yīng)放在受力豎筋外側(cè)，確?；炷帘Ｗo(hù)層厚度。

    3．摻膨脹劑混凝土的后澆縫間距可延長(zhǎng)至60m，超過(guò)60m的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，可用2m寬的膨脹加強(qiáng)帶代替后澆縫，采用連續(xù)式或間歇式的無(wú)縫設(shè)計(jì)和施工方法，這是中國(guó)建材院的專利技術(shù)，鑒于該技術(shù)尚未列入規(guī)范，因此，設(shè)計(jì)院應(yīng)在圖紙上注明，請(qǐng)中國(guó)建材院提供技術(shù)咨詢服務(wù)，否則，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任自負(fù)。

六、施工中注意問(wèn)題

    施工單位對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的裂縫十分頭痛，認(rèn)為混凝土中加入膨脹劑就能迎刃解決，這也是個(gè)誤區(qū)。除了設(shè)計(jì)上保證合理配筋和補(bǔ)償收縮混凝土的配合比保證足夠的限制膨脹率外，施工管理則是關(guān)鍵。

    1．工地或攪拌站不按混凝土配合比摻入足夠膨脹劑是普遍存在的現(xiàn)象，造成澆筑的混凝土的膨脹效應(yīng)極低，何能補(bǔ)償收縮？這是首要一關(guān)，必須加強(qiáng)管理，確保膨脹劑摻量的準(zhǔn)確性。

    2．現(xiàn)場(chǎng)拌制的混凝土的拌合時(shí)間要比普通混凝土延長(zhǎng)30s，以保證膨脹劑和水泥、減水劑拌合均勻，提高其勻質(zhì)性。

    3．混凝土布料，震搗要按施工規(guī)范進(jìn)行。

    4．膨脹混凝土要有充分濕養(yǎng)護(hù)才能更好地發(fā)揮其膨脹效應(yīng)，必須重視養(yǎng)護(hù)工作。有的單位宣傳摻CEA膨脹劑的混凝土養(yǎng)護(hù)可以不嚴(yán)格 ，這是十分錯(cuò)誤的，即使普通混凝土也要按規(guī)范充分養(yǎng)護(hù)。只不過(guò)對(duì)膨脹混凝土提出更嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)要求，養(yǎng)護(hù)期不小于14d。

    5．邊墻出現(xiàn)裂縫是個(gè)難題，要求混凝土震搗密實(shí)、勻質(zhì)。有的單位為加快施工進(jìn)度，澆筑混凝土1－2d內(nèi)就拆模板，其實(shí)這時(shí)混凝土的水化熱溫升最高，早拆模板造成散熱快，增加了墻內(nèi)外溫差，易于出現(xiàn)溫差裂縫。施工實(shí)踐證明，墻體宜用保濕較好的膠合板支模，混凝土澆完后，在頂部設(shè)水管慢淋養(yǎng)護(hù)，墻體宜在第5d拆模板，然后盡快用麻包片貼墻并噴水養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)10－14d。

    6．即使用補(bǔ)償收縮混凝土澆筑墻體，也要以30－40m分段澆筑，每段之間設(shè)2m寬膨脹加強(qiáng)帶，并設(shè)鋼板止水片，可在28d后用大膨脹混凝土回填，養(yǎng)護(hù)不小于14d。

    7．底板宜用蓄水養(yǎng)護(hù)，冬施要用塑料薄膜和保溫材料進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)；樓板宜用濕麻袋復(fù)蓋養(yǎng)護(hù)。

    8．即使采取各種措施，尤其C40以上混凝土，墻體也難免不出現(xiàn)裂縫，有的1－2d拆模板就發(fā)現(xiàn)有裂縫，這是混凝土內(nèi)外溫差引起的。要設(shè)法降低水泥用量，減少混凝土早期水化熱。由于膨脹劑在1－3d的膨脹還沒充分發(fā)揮出來(lái)，有時(shí)難以完全補(bǔ)償溫差收縮，但是膨脹劑可以防止和減少裂縫數(shù)量，減小裂縫寬度。裂縫修補(bǔ)原則：小于0.2mm裂縫不用修補(bǔ)。大于0.2mm非貫穿裂縫，可以鑿開30－50mm，用摻膨脹劑水泥砂漿修補(bǔ)。對(duì)于貫穿裂縫可用化學(xué)灌漿修補(bǔ)。為防止地下水有害離子對(duì)墻體的侵蝕，并彌補(bǔ)缺陷，我們建議在側(cè)墻外壁用可濕作業(yè)的聚合物水泥基防水涂料作一層防水保護(hù)層。

    9．混凝土澆筑完后，建筑物進(jìn)入使用階段，有些單位不注意維護(hù)保養(yǎng)，在竣工之前就出現(xiàn)裂縫，這是氣溫和濕度變化引起的，因此，地下室完成后，要及時(shí)復(fù)土，樓層盡快做墻體維護(hù)結(jié)構(gòu)，屋面要盡快作防水保溫層。

七、結(jié)語(yǔ)

    建筑結(jié)構(gòu)裂縫控制是個(gè)系統(tǒng)工程，近十年多來(lái)，我國(guó)工民建向長(zhǎng)大化、復(fù)雜化發(fā)展，商品混凝土普及應(yīng)用，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C30向C50發(fā)展，這些因素導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂的機(jī)率增多。摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土在防止和大大減輕混凝土開裂作出了積極貢獻(xiàn)。但在膨脹劑使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在一些誤區(qū)和不足地方。本文總結(jié)十多年來(lái)之經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合《混凝土膨脹劑》修改標(biāo)準(zhǔn)JC476-2001和《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GBJ119修改內(nèi)容，提出如何正確使用膨脹劑，將有利于全面提高我國(guó)補(bǔ)償收縮混凝土的應(yīng)用技術(shù)水平，可供工程界參用。不妥之處請(qǐng)指正。