关于膨胀混凝土的应用
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摘要：混凝土从诞生到现在有100多年的历史，由于工程的实际需求，科学技术的发展，混凝土的类别、性能、材质等都得到飞速的进步。在各种混凝土中，膨胀混凝土只是其中一种，在建筑工程中的应用历史有30年左右。膨胀混凝土应用的历史也是混凝土工程从设置后浇带的有缝设计到连续浇筑的无缝设计的技术进步发展过程。膨胀混凝土的应用保证了混凝土作业的连续施工，增强混凝土结构的安全性能，减少混凝土构件的质量通病。膨胀混凝土在建筑工程中的应用能否达到预期的效果，主要取决于配制膨胀混凝土的材料选择、膨胀混凝土的使用条件的选择。配制膨胀混凝土的水泥和外加剂的性能和掺量对膨胀混凝土的膨胀性起决定性作用。膨胀混凝土的使用条件随对膨胀混凝土的性能要求不同而不同。此外，膨胀混凝土的膨胀率和碱-骨料反应也对膨胀混凝土的应用有重要影响。
关键词：膨胀混凝土应用膨胀率膨胀加强带实例
一、前言
长期以来，大型混凝土结构都需要解决由于沉降、温差等原因产生的混凝土开裂问题。在众多解决措施中，采用膨胀混凝土是比较经济合理的方案。应用膨胀混凝土的目的主要有以下四点：1）使大型、超长钢筋混凝土建筑结构保持设计施工的连续性，并且达到设计功能要求；2）不用因为不均匀沉降而额外设置后浇带，大大加快工程施工进度，同时有效避免了因后浇带处理不好而引起地下结构的漏水；3）利用膨胀混凝土的膨胀特性阻塞混凝土内部毛细孔，抵抗混凝土渗水，提高混凝土抗渗性能；4）膨胀混凝土的膨胀特性对混凝土的抗裂有很大的抑制作用，减少并防止混凝土内外部裂缝的出现。
二、缺陷原因分析和外加剂的选择
对于膨胀混凝土在建筑工程的使用主要有以下问题和观点。
（一）水泥的选用和外加剂的选用问题
根据现场实测，1m3混凝土内100kg水泥，如果采取隔热措施，混凝土可升温12℃。当混凝土内外温度相差20℃以上，混凝土表面就会出现裂缝，因而要减小混凝土表面热量散发，在10℃温差产生之前保持隔热。我国规范⑵规定浇筑混凝土温差不大于25℃，在施工过程中对现场混凝土严格进行温度控制。
（二）水泥种类对水化热的高低和膨胀率影响
施工单位为了节约工期，尽可能早的拆除模板，往往优先使用早强水泥，但早强与缓凝本来就是矛盾的，模板拆除过早构件混凝土会发生侧向膨胀，从而引起构件混凝土表面裂缝。墙体两侧模板拆除过早，对墙体的侧向无法进行有效无约束，如果达不到充分养护条件，再遇到天气干燥的自然原因，混凝土表面冷缩裂缝和干缩裂缝产生的几率就更大。也就是说在无约束条件下，膨胀率越大的混凝土裂缝就会越多。在墙体较薄的去情况下，模板拆除过早，保温做的不及时，混凝土的温度变化过大，施工时不能做好温控，裂缝就在所难免，还很严重。早强水泥和缓凝剂使用不当也是膨胀混凝土裂缝产生的原因之一。
（三）絮凝现象的预防措施
通常使用的钙矾石类膨胀剂含石膏较多，最好优先使用萘系减水剂，尽量避免使用木钙等缓凝剂或减水剂，防止膨胀混泥土产生絮凝现象。
（一）无约束自由膨胀状态
普通混凝土处于自然空气环境中长时间处于收缩状态，如果在水环境中，基本处于微胀状态。对于素混凝土或低配筋率混凝土出现的裂缝主要是收缩裂缝。自由膨胀状态下，混凝土本身比较松弛，在膨胀力作用下混凝土表面易产生细微裂缝。混凝土试件强度试验检测值偏低，混凝土中膨胀剂掺量越多检测值越低，所以试件拆模时间不小于3d。
（二）有约束限制膨胀状态
GBJ119-88规范⑴要求混凝土试件在水中养护14d后达到限制膨胀率1.5×10-4，而JG476-2001标准规定砂浆试件为2×10-4，混凝土结构内纵向钢筋是束作用的主体。在地下室施工过程中，地下室墙体因有模板约束，限制作用较好，产生的膨胀都是纵向的，对提高混凝土密实度极其有利。如果地下室墙体模板拆除过早，墙体本身混凝土抗拉强度低，初期膨胀相对较大，混凝土表面松弛，细微裂缝很容易产生。所以在地下室墙体施工中，尽量延迟模板拆除时间，在做好养护工作的同时，最好采取隔热控温措施。
（三）膨胀率简述
国内国外有明确要求的的膨胀应力为0.2-0.7MPa，以此补偿混凝土收缩，以避免膨胀力过大引起不良效果。常用的膨胀剂以钙矾石类膨胀剂居多，该类膨胀剂内石膏含量多，当大比例掺入时，后期由粗粒料产生的膨胀力过大，影响混凝土质量。此种影响更严重的当属MgO类膨胀剂。如福建省水口电站大坝膨胀混凝土MgO类膨胀剂掺量为5%，该工程膨胀混凝土初期膨胀率仅为0.4×10-4,2年后达到2×10-4。条件允许的的情况下，尽可能使用保温性好，膨胀率后期回落小的硅酸盐类膨胀剂。膨胀剂掺量大小对膨胀率起决定性作用，膨胀率因养护好坏也可相差数倍。膨胀在养护水分不足时难以产生。膨胀率的大小因地制宜，以均匀持续膨胀为佳。综合配筋率、粉煤灰、矿粉等其他外加剂对膨胀率的影响不同，正确进行结构抗裂设计。
（四）控制碱-骨料反应
多孔燧石、黑硅石等不安定活性硅类骨料与白云质石灰岩的碱-碳酸盐反应，或者该类骨料与水泥或膨胀剂中的碱（Na2O+0.658K2O）反应，配制出较大膨胀的混凝土。采用碱含量低于0.6%的水泥中时，同时对碱-骨料反应加以控制，有害影响就不会产生。
（五）膨胀率的检测
混凝土膨胀率测定时，由于地域差异、检测标准和检测方法不同，检测结论出入很大，究其原因主要是水泥品种、膨胀剂性能和掺入比例不同，进行试验时最好使用同牌号水泥，这样可通过调整掺入比例来控制膨胀率。
四、关于膨胀加强带的理论论证
在常规建筑设计中，对于长度超过50m的钢筋混凝土结构，设置后浇带，防止沉降和伸缩产生开裂，混凝土施工采用非连续浇筑。如果采用无缝设计和施工时，设置的膨胀加强带宽度2-4m，用以取代后浇带，混凝土一次连续浇筑。具有自由面的膨胀混凝土，膨胀发生在混凝土浇筑开始，处于塑性状态的初期混凝土，膨胀能在混凝土向上向下的自由膨胀变形中消耗掉。在混凝土施工作业中，膨胀剂在加强带部分与非加强带部分同时掺入使用，加强带部分比非加强带部分掺量多，从塑性变形到弹性变形是连续浇筑混凝土的变形过程，塑性变形过程中的混凝土，对膨胀约束很有限。
此外，超长混凝土结构的收缩问题可以采用施加均匀膨胀力的方法解决，只要掺入适量的持续均匀膨胀的膨胀剂加以补偿收缩即可。在秦皇岛市海港区渤海明珠小区地下车库顶板设计中，通过与设计单位研究合作，取消了2个后浇带。该工程取得成功，说明使用该类膨胀剂（UEA）完全可以解决超长混凝土结构的收缩问题。
无缝设计是未来钢筋混凝土的设计趋势，越来越多的超长钢筋混凝土结构必将大量采用无缝设计。只有经过设计部门、施工部门、材料研制生产部门和检验试验部门等各方面联合研究，控制好各个环节和因素，成功的无缝设计是可以实现的。但是应用膨胀混凝土也要考虑到结构要求条件和现场施工条件、约束条件等具体因素的适用性，否则会起相反作用，而影响混凝土结构的安全。
五、施工实例
案例一：秦皇岛市海港区河北大街中段渤海明珠住宅小区工程地下车库，地下2层，占地总面积约40000m2。车库顶板采用无粘结预应力膨胀混凝土，取消后浇带，有效地解决了大面积混凝土顶板温度裂缝的问题，同时节省工期，降低工程造价。
案例二：秦皇岛市山海关区关城南路南侧滨河佳园住宅小区工程，地下1层，总面积约10000m2。车库顶板同样采用无粘结预应力无梁楼板，预应力与膨胀混凝土相互使用，取消了后浇带，同时在很大程度上缩短了工期。
六、膨胀混凝土的应用前景
根据以上原因分析和解决措施，以及施工实例的佐证，膨胀混凝土确实具有广泛应用的前景。随着社会的进步、科技的发展、建筑功能结构日益完善、新型材料不断应用，钢筋混凝土结构逐步向大型、超大型发展，膨胀混凝土将会有更广泛的应用发展空间。
参考文献：
[1]现行建筑施工规范大全[M].北京:中国建筑工业出版社,2002年
[2]混凝土外加剂应用技术规范[M].北京:中国建筑工业出版社,1998年