矿物类外加剂

—、矿物类外加剂的技术说明

水泥自ISO新标准实施以来，为满足混凝土早期强度的需要，促使水泥厂商通过在生产水泥熟料过程中追求高C3S、高C3A;在生产水泥过程中添加高效水泥助磨剂来提升产能、提高水泥比表面积等措施，达到提高水泥早期强度的目的，从而造成了混凝土早期水化热高、早期化学收缩增大；受温差收缩、化学收缩、干燥收缩影响，混凝土收缩增大； 混凝土强度增长后期则相对比较平稳，收缩影响很小。基于上述原因，从减少混凝土的开裂几率，增强混凝土抗裂性能、提高耐久性的措施方面，主要在于提高混凝土自应力值， 补偿混凝土早期和中期的各种收缩，从而使混凝土体积稳定。

我公司历经艰辛，经数百次试验，根据现代混凝土的特点，提示出可调控膨胀速率原理并建立了有效膨胀模型，根据该原理和模型研制成功了新一代硫铝酸钙-氧化钙双膨胀源膨胀剂专用熟料。采用专用熟料+特定功能组分，配制出适用于各种环境、结构部位自应力大小要求、膨胀抗裂要求、抗裂防水等级要求的双膨胀源膨胀剂系列产品。以此专利技术所生产的系列产品与国内普通膨胀剂相比，具有膨胀能高、稳定性好、安全可靠、膨胀速率可控、膨胀性能与校强度发展协调、膨胀稳定期早、对后期水分补充的依赖程度低等特点，是配制补偿收缩、高抗渗、抗裂防水、膨胀、高性能混凝土的理想材料。

1、应用范围

2、补偿收缩混凝土在混凝土结构中主要有以下三个作用：

⑴混凝土结构自防水

补偿收缩混凝土抗渗能力强，又称为不透水混凝土。这是由于水泥水化过程中形成了膨胀结晶体水化硫铝酸钙或氢氧化钙，具有填充、堵塞毛细孔道的作用。使混凝土中的大孔减少，总孔隙率下降，改善孔结构。另外由于限制膨胀的作用，改善了混凝土的应力状态， 提高了混凝土的抗裂能力。补偿收缩混凝土与一般掺渗透结晶、氯化铁、三乙醇胺、减水 剂等防水剂的混凝土有本质区别，尽管两者都可以提高渗透性，但一般防水混凝土没有补 偿收缩能力，亦不能产生0.2-0.7MPa的自应力值，抗裂性差。我们认为抗裂是抗渗的前提，补偿收缩混凝土同时具有抗裂和抗渗之功能-这是它适合用作结构自防水材料的主要原因。

⑵减免后浇带、延长伸缩间距

这是补偿收缩混凝土对结构设计、施工的另一贡献。

从应力角度看，由于补偿收缩混凝土在养护期间产生O.2-O.7MPa自应力值，可大致抵抗由干缩、冷缩等引起的拉应力，并由于在膨胀过程中推迟了混凝土收缩发生的时间，混凝土的抗拉强度得以进一步增长"当混凝土开始收缩时，其抗拉强度已可以或基本可以抵抗收缩应力，从而使混凝土不裂，达到延长伸缩间距、连续施工的目的。

从变形角度讲，结构中混凝土主要变形有：冷缩（St）、干缩（Sd）、受拉徐变（CT）采用补偿收缩混凝土后，引入限制膨胀变形（ε2）,这些变形中St和Sd是有害变形，它们是导致混凝土开裂的因素，而CT和ε2是有益变形，它们是抵抗混凝土开裂的因素。当ε2- （St + Sd-CT） ≤SK（SK是混凝土的极限延伸率）时，混凝土不开裂，也就不必设伸缩缝或后浇带。若采用普通混凝土，则总收缩为CT-St-Sd,这个量比较大，规范要求约30m设伸缩缝或后浇带，采用补偿收缩混凝土后，一般可延长至60m。

⑶补偿大体积混凝土的降温冷缩

由于混凝土硬化升温阶段产生的有效膨胀能够补偌降温阶段产生的收缩应力，特别是在降温阶段产生的膨胀，对冷缩的补偿效果更有效，每0.01%的限制膨胀变形约能补偿10°C的温差变形。 

3、越长结构无缝设计的基本原理

⑴无缝设计的理论依据之一：应力分析

所谓"无缝设计”是个相对概念，根据工程结构具体情况，可无缝或少缝。这里的”缝”指的 是释放收缩应力的伸缩缝或后浇缝，不包括沉降缝。其设计思路是"抗放兼备，以抗为主”。即以掺膨胀剂的补偿收缩砼作为结构材料，其在水化硬化过程中产生膨胀作用，该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束，能在结构中建立一定的预压应力，由此来｝氐抗收缩变形时产生的拉应力，防止砼开裂。必须指出，钢筋或邻位的约束(或限制)对于膨胀砼而言是至关重要的因素。膨胀砼用于超长结构无缝施工，其限制膨胀作（ε2）设计和设定非常重要。ε2偏小则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现；ε2过大，对砼强度有明显影响。经大量试验研 究与工程实践证明，膨胀剂掺量在6-12%时限制膨胀率适宜，ε2 = (2~4)x10-4,配筋率 在：0.2%~0.8%的条件下，可在结构中建立0.2~0.7MPa预压应力，这一预压应力值可以抵消砼在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力，从而防止砼收缩开裂，或把裂缝控制在无害裂缝范围内(小于0.2mm)。基于这一“抗"的原理，采用膨胀砼后浇缝的间距可以延长。这是无缝设计概念中的"少缝"含义，已成功应用于结构设计中。

⑵无缝设计的理论依据之二：变形分析

根据我国著名的水泥砼专家，中国工程院院士吴中伟教授关于膨胀砼的基本理论和观点， 防止砼开裂，有如下判据：

Iε2—(St + Sd—CT) l≤Sk

式中ε2-----限制膨胀率；

St——冷缩率；

Sd——干缩率；

Ct—受拉徐变率，徐变CT对补偿收缩防止开裂是有利因素

Sk——限延伸率。

满足上述判据，就不必设伸缩缝，否则应设伸缩缝。当不掺膨胀剂时，规范规定约30m设 一道伸缩缝，以避免收缩应力从自由端沿长向积累，引起中段开裂。

我国著名的裂缝专家王铁梦教授通过对结构物应力一应变分析与计算，求得了平均伸缩缝 间距(或裂缝间距)，计算公式如下。详见(《工程结构裂缝控制》一书)

式中：H——底板厚度或侧墙每次施工高度(mm)

E——混凝土的弹性模量(MPa）

Cx——基础的水平阻力系数(N/ mm3)

a一一混凝土的线膨胀系数，为1.0×105

Arcosh一一 双曲余弦函数的函数

Sk一一 配筋混凝土的极限拉伸

T为综合温差，普通混凝±T = T1+T2,膨胀混凝土T = T1+T2-T3,

式中：T1——混凝土因水泥水化热而引起的温升值。

T2——混凝土的收缩当量温差。

T3——膨胀混凝土的膨胀当量温差。

根据裂缝平均间距计算公式可见：

该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。这表明王铁梦的裂缝间距计算公式在极限状态下其本质同吴中伟的防止砼开裂的判据公式完全一致。由上式可见，温差或收缩很重要，一般总是aT大于SK。它们的差距越大，伸缩缝间距越小；差距越小，伸缩缝间距越大。如设法使约束程度下降，即可增大伸缩缝的间距。如Cx-0,则L→∞,即在理论上建筑物任意长度均可取消伸缩缝。这就需要降低温差或减小砼收缩，提高砼的极限拉伸SK。然而，提高砼的SK是十分困难的，只有设法降低砼的水化热和收缩，即控制裂缝原则是aT <SK,这是"抗”的办法。工程实践表明，在砼中掺入适量的膨胀剂，由于砼的膨胀可补偿 砼的冷缩和干缩，可显著地减少αT,从而延长伸缩缝的间距。

⑶大体积砼裂渗控制技术

在大体积砼施工中，控制砼中心温度与表面温度，表面温度与环境温度之差是非常重要的。砼综合温差T = T1+T2,其中T1为碇水化热最高温度与环境平均气温之差；T2为税收缩当量温差，T2 = ε/α,其中ε为砼收缩值，当收缩时ε为正值，当膨胀时ε为负值，a为砼线性膨胀系数，一般α为1.0x10-5/°C。 

设砼的膨胀系数ε = 1x10-4, a= 1x10-5代入上式，则T2=-10°C;

设设砼的膨胀系数ε = 2x10-4, a= 1x10-5代入上式，则T2=-20°C;

故T=T1 -10°C或T = T1—20oC;;即每产生1x10-4的膨胀时，可降低砼中心温度10°C,因此采用膨胀剂配置砼可以降低综合温差20~40°C,这是很大的潜在的温差补偿效应。王铁梦教授认为（《工程结构裂缝控制》一书）对温差变形T = T1—T2,使结构的温差变形aT≤Sk（极限拉伸），结构就不会开裂，可以防止大体积结构产生裂缝，这也就是膨胀剂补偿收缩砼控制大体积砼裂缝的理论依据。

膨胀应力σc补偿收缩应力σrmax示意图

4、砼膨胀加强带取代后浇带的施工方法

膨胀加强带是一种旨在提高混凝土结构抗裂性能的技术措施，施工中采用膨胀加强带的目的是代替后浇带（沉降后浇带除外），进一步简化施工工艺，所以膨胀加强带一般设在后浇带的位置上。为了有效发挥膨月长效果，增加长度方向的膨胀绝对量，所以其宽度应该比后浇带更宽一些，根据构件厚度，膨胀加强带宽可为2~3m,应在其两侧用密孔钢丝网将带内混凝土与带外混凝土分开。膨胀加强带可分为连续式、间歇式、后浇式三种形式。

⑴间歇式施工：如图1以一块为浇注单元，浇至加强带一侧停止，浇完各块混凝土后，先清理带两侧浮浆、杂物，充分预湿表面，后用大膨胀混凝土回填加强带。

⑵后浇式施工：如图2

③连续式施工：如图3。

膨胀加强带带宽2m,带两侧设密孔铁丝网，并用短筋加固。先用小膨胀混凝土浇注，浇至加强带时，改用大膨胀混凝土，浇完后再用小膨胀混凝土浇另一侧，如此循环下去。

5、混凝土的拌制与质量控制

施工单位和砼搅拌站要对使用的输送和计量设备进行检修，确保施工期间的正常使用，进场的原材料要进行严格的把关，必须符合国家相关标准，现场要加强管理，有明细的生产纪录，并对砼质量控制要求如下：

a各种原材料必须符合相关标准，并检验合格后才能入库。

b定期校验计量设备，混凝土搅拌应由专人负责，水泥、掺合料、用水量、膨胀剂、减水剂计量误差不得超过±1%；砂、石不得超过±2%。.

c投料顺序为：砂、石、水泥、膨胀剂、掺合料、水，搅拌时间应比普通砼延长30-60秒。

d由于砂、石材料的含水率经常变化，因此拌和砼应以坍落度为准，混凝土在运输途中和施工现场严禁随意加水。

e现场应按国家相关规定留取砼试块。 

a砼浇筑前应检查钢筋绑扎、加强带内和堵体温度钢筋配置是否按设计图纸进行，加强带铁丝网固定是否牢靠，模板严密不得漏浆等。

b不宜在大风的气候条件下浇筑混凝土，以避免水分蒸发过快而产生收缩裂缝。

c施工时，按计划从一侧开始浇筑砼，分层布料以阶梯式前进，每层砼振捣要密实，不得过振或漏振。

d在计划浇筑区段内砼必须连续浇筑，不得出现冷缝，必须保证"软接茬”。当新浇混凝土已硬化时，应在其上面铺上20-30mm厚的同强度等级膨胀水泥砂浆，再接着浇筑混凝土。

e应根据施工具体要求，做好混凝土入模坍落度的控制工作，因为坍落度过大，会导致混凝土冷缩和干缩值增大，增加混凝土开裂的几率。

f砼振捣完毕后，可用木抹子找平，在碌初凝后，再进行二次抹压，这是解决混凝土表面出现沉降裂缝和干缩裂缝简便而行之有效的办法。

g底板混凝土施工完毕后，砼进行二次抹压后立即用塑料薄膜覆盖，以避免水分蒸发过快，待注终凝后可撤去塑料薄膜，及时浇水养护，可蓄水养护或用草袋、麻袋等覆盖，保湿保温养护14天。

h由于侧墙面积较大，人工浇水难以保证部砼养护效果，故建议在顶部周围布置软水管，软管上每隔20cm钻出水孔，砼硬化后开始淋水养护。砼浇筑完成1-2天后，松开木模板螺栓， 让模板离堵体2mm间境，顶端及两侧浇水养护，5天左右后拆除模板后，采用淋水或挂麻袋覆盖，保湿保温养护14天，以混凝土不发白为准。

i养护期间必须有专人负责，避免出现干燥情况，并制定合理的养护制度，特别是膨胀加强带、后浇式膨胀加强带。

其它事项请按《砼结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)等国家规范执行。