配制高等級(jí)防水混凝土，實(shí)現(xiàn)砼結(jié)構(gòu)自防水、補(bǔ)償砼收縮，解決建筑物防裂抗?jié)B能力，需要在混凝土當(dāng)中添加混凝土膨脹劑。膨脹劑的使用常見于鐵路、橋梁、大壩、水池等領(lǐng)域。
影響膨脹劑性能的因素眾多，為了便于分析，可以將相關(guān)因素分為以下三類：
一、 膨脹劑自身的因素
1.1 膨脹源礦物有關(guān)
不同膨脹源的水化速率不同直接影響其膨脹速率。CaO類膨脹劑水化較快，1~4d即可達(dá)到膨脹穩(wěn)定期，而鈣礬石類膨脹劑水化速率相對較慢，一般14d膨脹才達(dá)到穩(wěn)定。MgO膨脹劑，其水化速率更慢，在40℃~60℃溫度環(huán)境下，1~2月膨脹基本達(dá)到穩(wěn)定，因此常用于大壩巖基回填的水工大體積混凝土中，在土建工程中其延遲膨脹會(huì)引起結(jié)構(gòu)破壞。其次，組成復(fù)雜的鈣礬石類膨脹劑的膨脹速率還與膨脹源之外的其他礦物（含鋁礦物和硬石膏）的溶解速率有關(guān)。如明礬石的溶解速率較慢，一般摻入膨脹劑中可以補(bǔ)償后期收縮。石膏的種類很多，相互之間溶解速率差數(shù)倍之多，也是影響膨脹性能的重要參數(shù)。因此，可以根據(jù)不同的工程需要，調(diào)整膨脹劑的礦物組成和含量，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控膨脹速率的目的。
1.2 膨脹劑的顆粒級(jí)配對
膨脹劑的顆粒級(jí)配對其膨脹性能影響較大，也是影響膨脹速率的重要參數(shù)。但它往往在膨脹劑生產(chǎn)工藝中被忽略。以硫鋁酸鹽膨脹劑為例，鈣礬石的形成速度、單位時(shí)間內(nèi)形成的數(shù)量與膨脹率大小有關(guān)，而膨脹劑中的鋁質(zhì)熟料和石膏的顆粒大小又直接影響了鈣礬石的形成速度。如果膨脹劑中微粉太多，則形成鈣礬石速度加快，而且會(huì)在混凝土塑性期間形成，消耗了膨脹能，進(jìn)而降低混凝土硬化早期（7~14d）的膨脹率。膨脹劑的膨脹與顆粒細(xì)度基本遵循“顆粒粗，膨脹慢，最終膨脹大”的規(guī)律，且最理想的粒徑范圍是30μm~100μm。硫鋁酸鈣或鋁酸鈣熟料顆粒<45μm、硬石膏顆粒為45μm~80μm時(shí)膨脹劑性能較好，并提出這類膨脹劑的顆粒分布適宜范圍是45μm以下細(xì)顆粒含量30%~40%，并應(yīng)以熟料為主要組分；45μm~80μm的中等顆粒含量60%~70%，并應(yīng)以硬石膏為主要組分。
一般情況下，膨脹劑摻量越多，膨脹量越大，這是通過膨脹劑摻量調(diào)整膨脹砂漿或膨脹混凝土變形性能的基本原則。工程需求不同，對膨脹量大小的要求不同，對待膨脹和強(qiáng)度的取舍原則也不同，自應(yīng)力混凝土要求的膨脹量較大，并且是膨脹第一位，強(qiáng)度第二位，膨脹優(yōu)先于強(qiáng)度；但補(bǔ)償收縮混凝土以滿足強(qiáng)度要求為前提，所以具體的環(huán)境下膨脹劑的摻量仍然需要進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。
二、 與混凝土有關(guān)的影響因素
2.1 水泥對膨脹劑的影響一方面是因其SO3和Al2O3含量不同引起的，另一方面體現(xiàn)在其強(qiáng)度發(fā)展歷程不同對膨脹的制約。兩者存在一定的最佳匹配關(guān)系或者適應(yīng)性，通過補(bǔ)償收縮混凝土的綜合性能體現(xiàn)出來。膨脹劑與水泥普遍存在適應(yīng)性問題，不同廠家的水泥，由于礦物組成不同會(huì)導(dǎo)致膨脹劑的膨脹效果出現(xiàn)明顯差異。相同強(qiáng)度等級(jí)的P·O42.5水泥，限制膨脹率卻相差80%。在膨脹劑摻量一定的條件下，不同品種水泥膠砂的限制膨脹率大小依次為：P·O42.5水泥>P·S42.5水泥>P·O32.5水泥，煅燒煤矸石水泥>礦渣粉水泥>粉煤灰水泥。
2.2 礦物摻合料的影響機(jī)理是礦物摻合料反應(yīng)消耗氫氧化鈣，改變水泥漿體溶液堿度，同時(shí)不同活性的礦物摻合料會(huì)引起強(qiáng)度的變化。礦物摻合料對硫鋁酸鈣類膨脹劑膨脹效能的基本影響規(guī)律是：礦物摻合料對膨脹劑早期膨脹率影響較大；粉煤灰和礦渣粉的適量摻入有利于膨脹劑膨脹作用的發(fā)揮，但過量摻入會(huì)對膨脹作用產(chǎn)生不利影響，特別是對早期膨脹效果；硅粉的摻加，由于促進(jìn)了混凝土早期強(qiáng)度，因而抑制了膨脹劑膨脹效能的發(fā)揮。
2.3 現(xiàn)代膨脹混凝土需要加入各種化學(xué)外加劑以滿足所需的工作性、力學(xué)性能以及耐久性要求，產(chǎn)生化學(xué)外加劑與膨脹劑之間的適應(yīng)性問題。減水劑、緩凝劑和引氣劑按照一定比例復(fù)摻后對不同養(yǎng)護(hù)條件下的自由膨脹率和限制膨脹率的影響，同流動(dòng)度下，三者復(fù)摻在水養(yǎng)條件下均能提高膨脹砂漿試件各齡期的自由膨脹率，但在空氣養(yǎng)護(hù)條件下會(huì)限制自由膨脹率的增長；不論在水養(yǎng)還是空養(yǎng)條件下都對限制膨脹率都有不利影響。張圣菊系統(tǒng)研究了三種高效減水劑、三種緩凝劑以及高效減水劑與緩凝劑復(fù)摻對硫鋁酸鈣類膨脹劑膨脹效能的影響，結(jié)果表明，外加劑在一般情況下都會(huì)降低膨脹劑的膨脹效能。化學(xué)外加劑對不同類型膨脹劑膨脹性能的影響也有很大差別。
2.4 膨脹和強(qiáng)度的發(fā)展總是相互制約。膨脹劑的總膨脹能（化學(xué)能）根據(jù)實(shí)際的膨脹作用和膨脹效率分為有效膨脹能和無效膨脹能兩類。在混凝土水化早期的塑性階段，膨脹性水化產(chǎn)物參與搭建強(qiáng)度骨架和填充水化空間，不能起到使混凝土宏觀體積膨脹的作用，這一階段產(chǎn)生的膨脹能是無效膨脹能，隨著混凝土強(qiáng)度的產(chǎn)生和發(fā)展，膨脹性產(chǎn)物通過膨脹變形在混凝土內(nèi)部建立起一定的預(yù)應(yīng)力，可以將這一階段有效膨脹對應(yīng)的強(qiáng)度范圍形象地稱為“有效膨脹窗口”，之后隨著強(qiáng)度的迅速發(fā)展，彈性模量大幅增加，膨脹能不再能夠引起宏觀變形，只能填充孔隙，提高密實(shí)度。
2.5 水膠比對膨脹劑的影響更多體現(xiàn)在強(qiáng)度發(fā)展與膨脹速率的辯證關(guān)系方面。低水膠比導(dǎo)致早期強(qiáng)度高，制約膨脹的發(fā)展；而高水膠比會(huì)降低早期強(qiáng)度，可能會(huì)使膨脹能因?yàn)闆]有足夠的強(qiáng)度約束而耗散在塑性階段。另外，高水膠比混凝土的孔隙率高，這時(shí)會(huì)有一部分的膨脹產(chǎn)物填充孔隙，也會(huì)減少有效膨脹。
三、 與外在條件有關(guān)的因素
膨脹劑的持續(xù)水化離不開水的供給，而溫度與化學(xué)反應(yīng)速率成正相關(guān)關(guān)系，所以養(yǎng)護(hù)濕度和養(yǎng)護(hù)溫度對膨脹劑的膨脹效能的發(fā)揮有顯著影響。
有試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土中摻入膨脹劑后，早期如果能保證充足的水分供給，膨脹劑就能有效地發(fā)揮補(bǔ)償混凝土早期收縮的作用，并產(chǎn)生適度膨脹；而摻加了相同數(shù)量膨脹劑的混凝土，由于不能從外界環(huán)境中獲取足夠水分而始終表現(xiàn)為收縮。有研究表明：在浸水養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)以及草包覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)的條件下，能夠產(chǎn)生膨脹作用且膨脹率大小與養(yǎng)護(hù)水分的充足程度密切正相關(guān)；其各個(gè)齡期的膨脹作用可補(bǔ)償混凝土的部分收縮，14d齡期的充分水養(yǎng)護(hù)，可使混凝土內(nèi)部在前期不產(chǎn)生收縮。由UEA膨脹劑配制的膨脹混凝土對養(yǎng)護(hù)條件有著顯著的敏感性，在水中養(yǎng)護(hù)的試樣自始至終都是膨脹的，膨脹主要發(fā)生在7d以前，之后稍有回落并趨于穩(wěn)定；早期水養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長短不同顯著影響其移入干燥環(huán)境中的收縮回落。
有研究表明，不論膠凝材料組成如何，30℃和40℃養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土的限制膨脹率最大，50℃養(yǎng)護(hù)時(shí)限制膨脹率開始降低，60℃養(yǎng)護(hù)時(shí)限制膨脹率低于20℃養(yǎng)護(hù)時(shí)的數(shù)值。
在實(shí)際工程中，無論是單一構(gòu)件還是尺寸較大的結(jié)構(gòu)物，混凝土的變形總是受到鋼筋、相鄰部位結(jié)構(gòu)物的整體性等的限制，自由變形的情況幾乎是不存在的。補(bǔ)償收縮混凝土的實(shí)際變形同樣是限制條件下膨脹和收縮的疊加，因此約束條件顯著影響膨脹劑膨脹性能的發(fā)揮。同樣摻量膨脹劑在不同約束模式下發(fā)生的宏觀變形會(huì)產(chǎn)生很大差異，根據(jù)約束程度的大小不同分為小限制、中等限制和大限制（或接近絕對限制）三種不同的膨脹模式，在約束程度較小時(shí)，雖然在塑性階段會(huì)消耗部分膨脹變形，但最終有較大的膨脹率可以補(bǔ)償收縮；在約束程度較大時(shí)，膨脹率很小，對收縮的補(bǔ)償作用很小，只能一定程度上推遲開裂的時(shí)間。約束條件不僅限制了膨脹混凝土宏觀的變形，同時(shí)還影響水化產(chǎn)物的生長空間和孔結(jié)構(gòu)。劉江寧研究了不同限制條件下膨脹水泥硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)結(jié)果表明：不同的限制條件會(huì)引起硬化漿體中孔結(jié)構(gòu)的變化，單向限制條件主要影響漿體-骨料邊緣的界面孔和部分較大的毛細(xì)孔；三向限制條件不但影響界面孔，而且能夠明顯降低膨脹水泥硬化漿體的總孔隙率。
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