參照《混凝土膨脹劑》JC476—2001中的試驗方法試驗，水泥為秦嶺P.O42.5R，內摻STY—U，試驗結果見表2。

摻STY—U膠砂的膨脹性能                        表2

編號	STY—U內摻量，%	限制膨脹率，%
		水   中		空中21d
		7d	28d
1	0	0.010	0.018	－0.032
2	8	0.026	0.030	－0.014
3	9	0.029	0.037	－0.010
4	10	0.034	0.043	－0.008
5	11	0.042	0.056	－0.005
6	12	0.046	0.061	0.002

 

    由表2可見，當STY—U內摻量為（8～12）%時，其膠砂膨脹率隨著內摻量的增加而穩定增大，都符合《混凝土膨脹劑》JC476—2001對其膠砂膨脹性能指標的要求，綜合表1強度和表2膨脹兩個指標，STY—U混凝土膨脹劑適宜內摻范圍為(8～10)%。

 

 STY—U對新拌混凝土坍落度損失、泌水率、凝結時間的影響             表3

編號	水泥品種    混凝土配合比	STY-U內摻量，%	坍落度cm			泌水率%	凝結時間		W/C
			出機	30min	60min		初凝	終凝
1	秦嶺P.042.5R 1:1.88:2.57:0.55	0	12	8	5.5	3.5	7:02	10:15	0.55
2		10%	12.5	7.5	6	1.3	7:30	10:26	0.55

 

    由表3可見，STY—U內摻10%對混凝土坍落度及坍落度損失基本沒有影響，而且還顯著降低了混凝土的泌水率，提高了混凝土和易性，內摻STY—U對混凝土的凝結時間基本沒有影響。

 

                    STY—U對混凝土強度的影響                           表4

編號	水泥品種       混凝土配合比	STY-U 內摻量（%）	W/C	坍落度 （㎝）	抗壓強度（MPa）
					7d	28d	60d	90d	180d
1	秦嶺P.042.5R 1:1.88:2.57	0	0.53	12	21.3	34.6	38.5	43.4	57.6
2		8	0.53	12	20.6	33.8	43.5	47.6	58.2
3		10	0.53	12.5	19.7	34.9	45.3	49.2	59.3
4		12	0.53	13	16.5	33.6	43.4	47.2	58.0

 

    由表4可見，在混凝土中內摻STY—U（8～10）%，其60天強度提高12%以上，90天強度提高9%以上，后期強度持續增長，但摻STY—U混凝土膨脹劑的混凝土，早期強度有所下降，摻量超過10%時較明顯。

 

    STY—U加入到混凝土中，可以形成大量的體積增大的水化物鈣礬石，能填充、堵塞混凝土的毛細孔，改變混凝土的孔結構和孔級配，使有害孔減少，無害孔增多，總孔隙率有所降低，提高了混凝土的密實度，減少了混凝土的收縮，從而提高了混凝土的抗滲性能，見表5。

 

                      對混凝土抗滲性能的影響                          表5

編號	水泥品種 混凝土配合比	STY—U 內摻量（%）	W/C	坍落度 （㎝）	抗滲壓力 （MPa）	滲水高度 （㎝）
1	秦嶺P.042.5R 1:2.27:3.16	0	0.58	11	1.2	4.1
2		10	0.58	11.5	1.2	1.7

 

    由表5可見，在混凝土中內摻10%STY—U混凝土膨脹劑，其抗滲能力顯著提高。

 

    表6根據《混凝土外加劑應用技術規范》GB50119—2003的試驗方法測試的結果，水泥為秦嶺P.O42.5R硅酸鹽水泥。

 

                 內摻STY—U混凝土的膨脹性能                      表6

編號	混凝土配合比					W/C	坍 落 度 cm	混凝土限制 膨脹率×10-4		限制干縮率 ×10-4
	混凝土材料用量kg/m3							水中養護		空氣中
	水泥	STY-U	砂	碎石	水			7d	14d	28d	180d
1	317.8	27.2	772	1074	206	0.61	11	1.67	1.84	1.13	0.57
2	309.4	30.6	772	1074	206	0.61	11.5	1.97	2.11	1.32	0.59
3	306	34	772	1074	206	0.61	12	2.22	2.57	1.56	0.71
4	302.6	37.4	772	1074	206	0.61	12	2.56	2.82	1.49	0.73
5	299.2	40.8	772	1074	206	0.61	12.5	2.97	3.10	1.63	0.86

 

    由表6可見，內摻8%STY—U時膨脹混凝土膨脹率即達到GB50119-2003中對補償收縮混凝土的要求（水養14天限制膨脹率≥1.5×10^-4，空氣中28天干縮率≤3.0×10^-4）；內摻（10—12）%STY—U時膨脹混凝土膨脹率達到GB50119—2003中對填充用膨脹混凝土的要求（水養14天限制膨脹率≥2.5×10^-4，空氣中28天干縮率≤3.0×10^-4）；在水泥用量相同的條件下，隨著STY—U用量的增加，混凝土膨脹量也相應增大，STY—U配制的膨脹混凝土具有良好的膨脹性能，在鋼筋限制條件下，混凝土內會形成適宜的應力狀態，使混凝土具有良好的抗裂防滲性能。建議補償收縮混凝土STY—U適宜內摻量范圍在（8—10）%；填充用膨脹混凝土（后澆帶、伸縮縫、大壩回填槽、鋼管混凝土等）適宜內摻量范圍為（11—12）%。

 

    將φ16×50mm的光滑鋼筋埋入摻10%STY—U的1:1.88:2.58:0.54的混凝土中，標養28天后，分別置于干、濕條件下養護，1年齡期破型現場觀察鋼筋的表面，無銹蝕現象。

 

    混凝土膨脹劑中SO₃為一個重要的膨脹組分，實驗設計首先分析水泥SO₃對膨脹率的影響。通常水泥中SO₃含量約為2.3%～3.9%，通過在水泥中加入二水石膏來改變水泥SO₃含量得到表7數據如下：

 

水泥中SO₃含量對混凝土膨脹率的影響                    表7

SO3含量（%）	混凝土膨脹率（×10-4）
	7d	14d	28d	56d
2	1.2	1.6	1.8	1.9
3	1.5	2.5	2.6	2.6
4	1.6	2.8	3.0	3.3
5	2.0	3.0	3.5	3.5

 

    由表7可見，混凝土膨脹率隨著SO₃含量增大而增大，但對早期（7d齡期）膨脹性能影響不大。隨著齡期增大，混凝土膨脹率急劇增大。這是因為隨著齡期增長，大量SO₃參加反應生成更多的鈣礬石。因此在實際補償收縮混凝土中，會因為水泥SO₃含量的波動導致摻膨脹劑混凝土膨脹率的波動，尤其是設計補償超長結構混凝土配合比，應充分考慮水泥SO₃含量波動因素。從表7中反應水泥中SO₃含量為3%膨脹量較為理想，即14d膨脹量幾乎達到最大，后期膨脹穩定。

 

    膨脹劑中SO₃可與水泥中C₃A水化生成鈣礬石產生體積膨脹。普通水泥C₃A含量為7%—15%，水泥中C₃A含量變化，對混凝土膨脹率影響較大，一般混凝土膨脹率隨著C₃A的增加而增大，當水泥中C₃A含量低于8%時，14d后混凝土膨脹率平穩發展，當水泥中C₃A超過8%時，混凝土后期膨脹量過大對混凝土強度及耐久性均不利。

 

    我國水泥廠家目前使用的混合材種類主要分為礦渣粉、粉煤灰、煅燒煤矸石等，試驗這三種摻不同混合材水泥按JC476—2001做膠砂膨脹率如表8。

 

混合材對膠砂膨脹率的影響                          表8

水泥中混合材種類	水中膠砂限制膨脹率（×10-4）
	7d	14d	28d	56d
摻粉煤灰	2.6	3.2	3.7	3.6
摻礦渣粉	2.5	3.3	4.0	3.9
摻煅燒煤矸石	3.1	3.7	4.5	4.8

 

    由表8可見，膠砂膨脹率關系總體如下：摻煅燒煤矸石水泥＞摻礦渣粉水泥＞摻粉煤灰水泥，這是因為煅燒煤矸石提供了少量鎂質膨脹源，產生較大膨脹能，綜合分析，混合材品種對限制膨脹率影響較小，在可能條件下宜優先選用摻礦渣粉或摻粉煤灰的水泥。

 

    選取秦嶺P.O42.5、P.O32.5兩種不同水泥按JC476—2001進行膠砂試驗，膨脹劑摻量8%，數據如表9。

 

 水泥品種對混凝土膨脹率的影響                    表9

水泥品種	膠砂限制膨脹率（×10-4）
	7d	14d	28d	56d
P.O42.5	2.8	3.6	3.8	3.9
P.O32.5	1.8	2.3	2.4	2.4

    由表9可見，混凝土膨脹劑摻量相同時的限制膨脹率：P.O42.5水泥＞P.O32.5水泥。一般來說隨著混合材數量的增加，水泥水化后會產生更多的水化硅酸鈣凝膠，減少了氫氧化鈣含量，從而降低了水化膨脹相產生的數量。

 

    近十年來，STY—U混凝土膨脹劑在省內外百余項工程中得到應用，未出現任何質量問題，均取得了良好的技術經濟效益。

 

    該工程地下一層埋深－9.0m，正常地下水位－7.5m左右，地下基礎為板式獨立基礎。底板長62m，寬21m，厚300㎜，墻厚250㎜，底板和墻體都是剛性自防水混凝土，混凝土等級C45，抗滲標號P8，混凝土配合比為：水：水泥：砂：石=0.32：1：1.59：2.40，水泥為P.042.5R，STY—U膨脹劑內摻10%。經施工現場留置抗滲試塊做28d抗滲試驗，抗滲等級均超過P8，經過1年多的觀察未出現任何裂縫、滲漏現象。

 

    該工程地下一層，箱形基礎，底板和墻體均為自防水混凝土，混凝土強度等級為C35，抗滲標號為P6，內摻8% STY—U膨脹劑和15%粉煤灰，現場施工留樣12組，試塊28d抗壓強度平均為44.8Mpa，28d抗滲標號遠大于P6，混凝土膨脹率14d為1.87×10^-4，28d空氣中限制干縮率1.28×10^-4，經過近一年的觀察，沒有任何裂縫及滲漏現象，工程質量良好。

 

    該工程游泳館為自防水混凝土，混凝土強度等級為C35，抗滲標號為P8，混凝土配合比為：水：水泥：砂：石=0.35:1:1.97:3.08，水泥為P.042.5R，STY—U混凝土膨脹劑內摻10%，粉煤灰內摻18%，現場施工留樣36組，試塊28d抗壓強度平均值為45.4Mpa，28d抗滲等級均超過P8，經貯水試驗，無滲漏現象，經過4年多的觀察，沒-有任何滲漏及裂縫現象，整個工程沒有采取任何其他防水措施，節省了工程費用，經濟效益顯著。

 

    該工程沉淀池、冷卻塔兩項工程使用我公司生產的STY—U混凝土膨脹劑，該工程完工后經近二年的觀察，沒有任何裂縫及滲漏現象，工程質量良好。

 

    該基礎筏板10000m²，筏板厚80cm，由于筏板體積較大，加之氣候干燥、早晚刮風，因此該筏板采用具有補償收縮功能的混凝土，混凝土等級C30，抗滲標號P6，混凝土中內摻STY—U混凝土膨脹劑8%，待澆筑完后2天觀察，該筏板表面幾乎沒有干縮裂縫，經過1年多的觀察未出現任何裂縫、滲漏現象。

 

    8.1 由于JC476—2001標準中某些指標已不能滿足實際工程的要求，特別是在限制膨脹率指標上，于是由中國建筑材料科學研究總院牽頭對《混凝土膨脹劑》JC476—2001標準進行修訂，并將該行業標準轉變為國家標準，于2008年5月完成了國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿，預計不久將會頒布執行，這里就將國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿與JC476—2001標準性能指標對比列入下表10。

 

國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿與JC476—2001標準性能指標對比表      表10

項        目				指標值
				JC476—2001		國家標準送審稿
						一級品	合格品
化學成分	氧化鎂（%）    ≤			5.0		5.0
	含水率（%）    ≤			3.0		——
	總堿量（%）    ≤			0.75		0.75
	氯離子（%）    ≤			0.05		——
物   理   性   能	細度	比表面積（㎡/㎏）≥		250	任選 其一	200
		0.08mm篩篩余（%）≤		12		——
		1.25mm篩篩余（%）≤		0.5		——
		1.18mm篩篩余（%）≤		——		0.5
	凝結 時間	初凝min    ≥		45		45
		終凝min    ≤		600		600
	限制膨脹率（%）	水中	7d    ≥	0.025		0.050	0.025
			28d    ≤	0.10		——	——
		空氣中	21d    ≥	-0.020		-0.010	-0.020
	抗壓強度 （MPa）	7d    ≥		A法	B法	20.0
				25.0	20.0
		28d    ≥		45.0	40.0	40.0
	抗折強度 （MPa）	7d    ≥		4.5	3.5	——
		28d    ≥		6.5	5.5	——

  

    按照國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿規定，目前相當多廠家的膨脹劑產品將不能達到國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿中一級品的要求，特別是在限制膨脹率指標上，為了保證我公司膨脹劑能夠滿足即將頒布的膨脹劑國家標準一級品限制膨脹率的要求，我公司對原產品在成份及配比上進行了改進，開發研制出的STY—U高效膨脹劑按照國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿進行了驗證試驗。

 

    我公司開發研制的STY—U高效膨脹劑按照國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿10%摻量進行檢測，采用基準水泥、盾石P.O42.5水泥、聲威P.O42.5水泥進行試驗，試驗方法按照國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿中限制膨脹率和抗壓強度的測定方法進行試驗，試驗結果見表11。

 

摻STY—U高效膨脹劑限制膨脹率和強度試驗結果              表11

水泥品種	限制膨脹率（%）			抗壓強度/抗折強度（MPa）
	水中7d	空氣中21d	水中28d	7d	28d
基準水泥（北京）	0.052	-0.007	0.057	26.4/5.0	46.7/7.8
盾石P.O42.5（寶雞）	0.054	-0.005	0.062	27.9/4.7	47.2/7.6
聲威P.O42.5（銅川）	0.050	-0.006	0.054	28.3/5.3	46.0/8.4

    由表11可見，按照國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿試驗要求，我公司開發研制的    STY—U高效膨脹劑按照10%摻量，其限制膨脹率及強度能夠滿足國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿一級品的要求。

 

    測定凝結時間所用材料與限制膨脹率和強度試驗相同，試驗方法按照國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿中凝結時間的測定方法進行試驗，我公司開發研制的STY—U高效膨脹劑在三種水泥中按10%進行試驗，試驗結果見表12。

 

摻STY—U高效膨脹劑凝結時間試驗結果               表12

水泥品種	凝結時間
	初凝（min）	終凝（h）
基準水泥（北京）	185	4.8
盾石P.O42.5（寶雞）	153	3.6
聲威P.O42.5（銅川）	169	4.2

 

    由表12可見，我公司開發研制的STY—U高效膨脹劑按照10%摻量，凝結時間滿足國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿中凝結時間的要求。

 

    細度對膨脹劑在水泥中的性能發揮有很大的影響。在這次標準制定中，取消0.08mm篩余，改為用比表面積和1.18mm篩余，同時把比表面積要求調整為大于200㎡/kg，擴大了產品要求范圍，并且用比表面積檢測產品，能更精確的反應產品細度性能，我公司開發研制的STY—U高效膨脹劑比表面積在260㎡/kg—290㎡/kg之間，且全部通過1.18mm篩，滿足國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿的要求。

 

    針對目前工程界存在的“混凝土摻合料粉煤灰、礦渣粉等可以替代膨脹劑”的誤區，這里簡單從膨脹劑的作用機理及其獨特性闡述說明膨脹劑的不可替代性。

 

    混凝土其它摻合料（如磨細礦渣粉、粉煤灰等）在顆粒形態效應和填充效應方面與膨脹劑表現出較多相似性，通過與水泥粒子的顆粒匹配和相互填充減少了孔隙率，在提高抗滲性方面與膨脹劑有一定的相似之處，但在反應機理及功效方面仍有著本質的不同，膨脹劑具有其自身的獨特性，獨特性在于其在水化硬化過程中可以產生膨脹性的水化產物，這些膨脹性水化產物可以有效補償和減少普通水泥混凝土在水化硬化過程中由于水泥水化而帶來的體積收縮，從而克服可能由此而引起的收縮開裂。一個典型的應用是用于后澆帶，后澆帶是指混凝土在收縮完成以后的一種“二次”澆注混凝土，通常用摻膨脹劑的混凝土澆注。由于這種混凝土良好的膨脹特性，使得與兩側的“一次”混凝土形成良好的整體結構。顯然這種“二次”混凝土采用所謂粉煤灰、磨細礦渣粉等摻合料都不能達到同樣理想的效果。這充分表明膨脹劑的獨特性。分析表明膨脹劑的獨特性具體反映在原理的獨特性（膨脹與補償收縮）、化學成份的獨特性（C₄A₃S，CaO等）、水化產物的獨特性（生成Aft,CH等）以及應用的獨特性，因此膨脹劑性能的獨特性決定了其應用中一定程度的不可替代性。

 

    1）STY—U混凝土膨脹劑已在西安15家商品混凝土攪拌站應用于100多項實際工程中，在這些工程中主要廣泛應用于建筑物的抗裂、防滲，如地下室防水、人防、污水處理以及構筑物的后澆帶填充等，使用方便，經濟效益顯著，在工程應用中取得了良好的抗裂、防滲、補償收縮的效果，并且在結構自防水、超長結構無縫設計與施工、大體積混凝土裂縫控制等方面均得到了廣泛的應用。

 

    2）混凝土膨脹劑對不同水泥適應性不同，一般情況下混凝土膨脹率隨著水泥中SO₃含量、C₃A含量的增加而增大；摻同樣膨脹劑，限制膨脹率P.O42.5水泥大于P.O32.5水泥；混合材品種對限制膨脹率影響較小，宜優先選用摻礦渣粉或粉煤灰的水泥。

 

    3）經驗證試驗，我公司開發研制的STY—U高效膨脹劑能夠滿足國家標準《混凝土膨脹劑》送審稿對膨脹劑一級品的要求。

 

[1] 《混凝土膨脹劑》  JC476—2001

[2]  國家標準送審稿：《混凝土膨脹劑》  GBXXXX—XXXX     

[3] 《混凝土外加劑應用技術規范》  GB50119—2003

[4] 《膨脹劑與膨脹混凝土》 《建筑砌塊與砌塊建筑》雜志社   2008

 

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 楊葉 編輯  劉真 審核)