膨胀剂在公路工程水泥混凝土施工中的应用

应用

刘亚斌，李景顺

（武汉市东西湖区公路管理局，湖北武汉430040）

摘要：对膨胀剂材料的特点、发展过程、其在公路水泥混凝土中的应用要求和使用方法进行了总结，对膨胀剂性能及相关

指标、公路工程中膨胀剂使用范围、水泥与膨胀剂混合使用要求、浇筑过程、应用注意事项进行了分析，期望能为相关工程提供参考与借鉴。

关键词：公路工程；膨胀剂；水泥混凝土中图分类号：U415文献标识码：A

1膨胀剂概述

1.1膨胀剂类型

膨胀剂是水泥混凝土结构中使用较多的无机矿物掺合料，为确保后浇带连续性，在工程中必须使用膨胀剂。膨胀剂的主要品种有硫铝酸钙类、氧化钙类与复合膨胀剂。硫铝酸钙膨胀剂膨胀机理是指膨胀剂中硫氯酸钾或硫酸钙与水泥熟料水化产物发生反应生成水化硫铝酸钙产生体积膨胀。氧化钙类膨胀剂通过水化生成氢氧化钙膨胀，由于氧化镁膨胀剂膨胀作用因素复杂等原因，目前工程领域较少使用。氯化镁总碱量的试验方法应按《水泥化学分析法》进行，检测氯离子含量应按《水泥原材料中氯的化学分析方法》进行。弯拉强度试验方法应按《公路工程水泥混凝土实验规程》进行。养护及强度检测应按《水泥胶强度检验方法》进行。掺膨胀剂的混凝土适用于结构边界约束条件下的水泥混凝土结构，不适用于可自由伸缩的混凝土结构。

1.2膨胀剂发展历程

随着科技的进步，膨胀混凝土性能不断提升、应用范围不断扩大。目前我国膨胀剂研究及生产规模达到了世界先进水平[1]。20世纪70年代中期，我国汲取日本膨胀剂开发经验，研制类似硫酸铝钙膨胀剂。20世纪80年代中期，我国研制成功UEA，AEA与CEA3种膨胀剂。至今，我国已有膨胀剂10余个品种。1992年，我国制定了行业标准《混凝土膨胀剂》，在1998年对标准进行了修订，新标准规定了膨胀剂碱含量，提高了膨胀剂效能指标，促进了我国膨胀剂沿着低碱高效多功能方向发展。1.3膨胀剂在公路水泥混凝土中应用的要求

公路水泥混凝土研究主要涉及力学特性、结构设计、施工技术及材料。水泥混凝土力学性能研究为结构设计提

供理论依据，施工技术研究为实现使用性能提供工艺保障。近年来，公路混凝土力学性能及结构设计理论研究受到普遍重视，以滑膜施工技术为代表的水泥混凝土施工技术取得了进步。公路水泥混凝土材料研究相对薄弱，公路混凝土处于露天环境中，承受反复的温度应变、冻融循环等环境作用及复杂的动荷载作用，很多工程破坏实例带来巨大的损失，从业者逐渐认识到开展公路混凝土材料研究的重要性。公路水泥混凝土工程中有很多的薄壁结构，掺入膨胀剂将混凝土制成补偿收缩混凝土可有效防止开裂。公路特大型桥梁超大基础可使用补偿收缩控制超大混凝土结构不预留结构伸缩缝。膨胀混凝土在公路工程中使用较多，但使用中必须按照正确的方法操作，避免膨胀剂出现问题。

1.4膨胀剂的使用方法

对于膨胀剂是属于化学外加剂还是矿物掺合料的问题，不少技术人员持有争议。膨胀剂具有矿质材料特性，掺量大于外加剂规定量。使用时必须与水泥一样使用粉末掺入混凝土中，必须使用等量取代水泥法，因此膨胀剂归属掺合料。

膨胀剂混凝土膨胀受钢筋限制，否则不能建立膨胀压应力。膨胀剂的膨胀量，发生在混凝土硬化10~14d时硬化初期，如膨胀剂引发的膨胀产生在混凝土完成水化硬化后，则为高硫型水化硫铝酸钙，会造成混凝土结构粉碎化破坏。

最大膨胀量最晚出现在14d内，硬化完成后的28d膨胀混凝土将不再膨胀。膨胀混凝土与普通混凝土变形开裂特征一致。膨胀剂的正确使用有一定的条件，否则会引起返工及工程事故。因此需要掌握正确的膨胀剂使用方法，在公路水泥混凝土结构中杜绝发生工程事故。

收稿日期：2019-08-06

作者简介：刘亚斌（1977—），男，湖北鄂州人，工程师，从事公路工程相关工作。

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总518期

2019年第32期（11月中）

2膨胀剂在公路水泥混凝土施工中的应用

2.1膨胀剂性能及相关指标

性能主要包含化学及物理性能，具体指标如表1所示。

表1膨胀剂性能指标指标名称指标数值含水量低于3.0氯化镁

低于5.0化学性能（成分含量，%）

总碱量低于0.75氯离子低于0.05抗压强度/MPa28d7d：大于25.0

物理力学性能

弯拉强度/MPa28d7d：：大于：大于45.0大于4.56.5凝结时间

初凝：大于45min终凝：小于10h

2.2公路中膨胀剂使用范围

表2为膨胀剂的一般使用范围。一些特殊的环境不能选择某些种类的膨胀剂。比如在有硫酸盐和海水侵蚀的环境下不能使用氧化钙种类的膨胀剂。如果混凝土中掺和了膨胀剂，适合使用在工程的边界能起到约束作用的情况下，不能使用到自由伸缩程度比较好的水泥混凝土结构中。

表2膨胀剂的一般使用范围

用途

具体使用领域

促进混凝土的收缩和补偿

隧道、海中、水中和地下等建筑物，路面及桥面板，排水沟和屋面的防水等

可用于管线和排水沟相互连接的构筑物中，促进混凝土的膨胀和填充

可用于隧道堵头及后浇缝带，钢管和隧道间的填充等

自应力混凝土仅在该类混凝土的压力涵管中应用且温度必须为常温

砂浆的膨胀与填充

适合使用于构件的补强、加固及设备底座的灌浆

2.3水泥与膨胀剂混合使用要求

水泥与膨胀剂混合使用时，对两者有比较细致且具体的要求。如水泥不能使用高铝水泥、硫铝酸盐水泥及铁铝酸盐水泥。对膨胀剂的要求为：当膨胀剂被运送到施工现场或搅拌站后，须对膨胀剂的各项指标进行合格性检验，只有通过检验确定为合格的膨胀剂才可入库，用于后续施工建设。另外，水泥和膨胀剂的混合还需要做好合理的配比设计。膨胀剂按照相关规范中的规定应以等量的方式来取代水泥，因此前期也要按照等量取代的方式完成计算。

应通过试验来确定膨胀剂实际掺量。膨胀剂的掺量需满足一定的标准，如抗渗等级、强度等级等，同时还要满足干缩率及相关限制标准。

在水泥混凝土具体施工中不仅会使用到膨胀剂，也会应用到其他种类的外加剂，但这些外加剂间应不能彼此产生不良影响且不可应用氯盐类外加剂。防冻剂和膨胀剂的结合使用须慎重，同时外加剂的种类选择须借助于试验来确定，应采用等量取代的方式来计算掺合料的具体使用量。2.4浇筑过程

在确定的计划浇筑路段中开展连续性浇筑，不能中断。浇筑还应采用阶梯式推进的方式，浇筑间隔时间不能长于混凝土初凝时间，还要确保不会出现过振和欠振的情况。为避免新老混凝土结合部位发生开裂或沉缩裂缝，终凝前可采用人工或机械的方式对表面进行多次抹压。2.5应用注意事项

膨胀剂应用于水泥混凝土施工过程中还需做好相关准备工作。因为每一种外加剂都有最合适的使用和添加剂量，即便是同样的膨胀剂，添加于不同种类的构筑物中具体的量和要求也不同。如果掺入量不合适，不仅会对项目的质量产生不利影响，同时还会影响项目的成本控制。一些膨胀剂对水泥混凝土的适应性较差，必须要合理控制剂量，同时在使用前要做好专门的试验检测工作，不能因为省事或节约成本而省去这些步骤。

3结语

在公路工程中膨胀剂的使用较常见但也存在各种问题。本文探讨了膨胀剂的研究现状，分析了其和水泥混凝土混合使用时应当注意的问题，以尽量避免在今后的实际工程使用中出现质量问题，难以让成本得到有效控制。

参考文献：

[1]张盛，陈培标，付智，等.氧化镁膨胀剂在建筑工程

中的应用研究[J].商品混凝土，2017（7）：36-40.[2]刘蔺.膨胀剂在混凝土抗裂中的应用分析[J].石化技

术，2018（12）：124-125.

[3]田凤兰，张丽娟，白东海.CAS微膨胀剂在抗渗混凝

土中的应用效果研究[J].中国住宅设施，2017（6）：43-45.

[4]刘方宁，王振.HCSA膨胀剂在混凝土灌注桩中的应用

[J].水运工程，2018（3）：203-207.

（编辑：唐勍勍）

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