李茜茜，李全堂

（1. 河北三楷深发科技股份有限公司，河北　石家庄　051430；2. 中铁十二局集团一公司，陕西　西安　71000）

浅谈膨胀剂在抗渗混凝土中的应用

李茜茜1，李全堂2

（1. 河北三楷深发科技股份有限公司，河北石家庄051430；2. 中铁十二局集团一公司，陕西西安71000）

配制抗渗混凝土，主要靠控制骨料级配增加致密度、选择合适的水胶比、加入引气剂产生细小封闭气孔封闭渗透水路这三种基本方法；加入膨胀剂可使混凝土在凝结的过程中，发生微膨胀，起到补偿收缩作用，防止混凝土的收缩裂缝，还可提高混凝土的密实性，产生防水作用；掺膨胀剂配制抗渗混凝土，是一种补充加固方法。抗渗混凝土是否掺用膨胀剂，要结合图纸设计和工艺要求。

抗渗混凝土；膨胀剂；收缩；补偿；引气减水剂

0　序言

混凝土膨胀剂的功能是使硬化后的混凝土产生一定的体积膨胀，抵消混凝土硬化早期产生的体积收缩。膨胀剂已经广泛地应用于补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土、自应力混凝土和灌浆膨胀砂浆。任何防水混凝土结构，防渗与抗裂同样重要，不裂就不渗。膨胀剂能起到结构自防水和延长伸缩缝的间距的作用，而且使用更加方便，价格比较低廉，所以为了提高混凝土的抗渗性能，防止混凝土收缩而产生的裂缝，在混凝土中经常加入膨胀剂来提高抗裂性和密实性。

1　混凝土的膨胀剂

1.1混凝土的膨胀剂的膨胀机理

膨胀剂主要材料是：硫铝酸盐和钙矾石，辅料有粉煤灰、石膏、煤矸石、高岭土、钙矾石等按比例合成。膨胀剂在混凝土中因化学反应而产生微膨胀效应，在钢筋约束下，这种膨胀转变成压应力，减少或消除混凝土干缩和凝缩时的体积缩小，使混凝土致密化，从而防止混凝土收缩开裂。

1.2膨胀剂在抗渗混凝土中的作用

膨胀剂主要是密实混凝土，膨胀混凝土是防止混凝土凝固后的收缩变形，防止开裂；抗渗混凝土是防止渗漏的，两者的区别，膨胀，主攻对缝的解决。抗渗，主攻对水的防御。设缝的地方，我们希望不要漏水。有水的地方，希望不要有裂缝。两者的结合，就是功能完善的技术方案。

膨胀剂抗渗混凝土使用部位主要为地下室外墙及底板，即所有能与地下水发生直接接触的部位以及其他有抗渗要求的混凝土工程。微膨胀混凝土主要适用于后浇带（伸缩后浇带和沉降后浇带）以及钢管混凝土和大坝回填槽等。

2　抗渗混凝土的配合比设计

2.1抗渗混凝土的配合比方案选择

（1）设计图纸说明有明确要求掺用膨胀剂的，必须掺配，否则不能进行工程验收。作为商品混凝土搅拌站，混凝土增加一个指标价格就提高一部分，增加收入正是经营者的期望。

（2）使用部位有要求的，如后浇带（伸缩后浇带和沉降后浇带）以及钢管混凝土和大坝回填槽等，必须要掺用膨胀剂的。作为商品混凝土拌和站，施工方没提方案还得提醒用户是否需要掺加以保证工程质量。

（3）没有明确要求的，可按照按照抗渗混凝土配合比设计进行试配以实测抗渗等级降低 0.2MPa 使用。

2.2抗渗混凝土的配制技术路线

2.2.1控制原材料

（1）水泥宜采用普通硅酸盐水泥，粉煤灰等级为Ⅰ级或Ⅱ级，如用磨细矿碴时等级不小于 S95 级。

（2）粗骨料宜采用连续级配，最大粒径不宜大于40mm，含泥量不得大于 1.0%，泥块含量不得大于 0.5%。

（3）细骨料宜采用中砂，含泥量不得大于 3.0%，泥块含量不得大于 1.0%，砂率宜为 35%～45%。

2.2.2抗渗混凝土的配制方法

（1）控制水胶比：水灰比应满足 JGJ 55—2001《普通混凝土配合比设计规程》抗渗混凝土最大水胶比的规定（见下表 1），且胶凝材料用量不小于 320kg。

表1　抗渗混凝土最大水胶比的规定

掺用高效减水剂或高性能减水剂，可有效降低水胶比，它是抗渗混凝土的基本方法。

（2）掺用引气剂，含气量控制在 2.0%～4.0%。

（3）掺用膨胀剂，使混凝土在凝结的过程中，发生微膨胀，起到补偿收缩作用和提高混凝土的密实性，形成防水作用。

（4）掺用防水剂，起到封闭混凝土中毛细孔，达到结构自防水作用。

3　配制抗渗混凝土各种方法分析比较

3.1掺用高效减水剂或高性能减水剂降低水胶比

在混凝土中掺入减水剂后，由于减水剂的吸附—扩散作用，得以将水泥凝裹体中所包裹的游离水释放出来，显著地改善了混凝土的施工和易性。因此，在满足一定和易性要求时，可以减少拌合水用量，从而减少混凝土游离水的数量和减少水分蒸发后留下的毛细孔道，提高了混凝土的密实性，同时也提高了抗渗性。

水泥用量是影响混凝土各项性能指标的一个重要因素，水泥用量不足，将会影响混凝土的和易性、密实性、抗渗性和耐久性。水泥用量过多，除浪费外，还会使混凝土收缩增大，易出现裂缝。掺减水剂降低水胶比，增加密实度，是一种常用的抗渗方法。

表2　常用泵送混凝土配合比胶材用量、水灰比参考值

3.2掺用引气剂增加混凝土内微细圆形封闭气孔

用于混凝土中的引气剂主要是聚乙二醇型的非离子型表面活性剂，含羟基、羧基、氨基和酰胺基、烷基酚、脂肪酸等的憎水原料都可与环氧乙烷反应得到所需的引气剂。

在混凝土中加入引气剂，会形成一些细小的圆形封闭气孔，可进一步提高混凝土的流动性，减少拌合物的离析和泌水，提高混凝土的均匀性，改善混凝土的耐久性（抗渗性、抗冻性）。混凝土的渗透是两个连续的过程，即毛细作用使连通的毛细孔中充水，然后有压力（水头）的水通过。引气剂引入的是小于 200μm 的圆形封闭气孔，可切断毛细孔的通路，大大降低毛细作用而提高抗渗性。抗渗混凝土的含气量一般控制在 2.0%～4.0%。

掺用引气剂，可减少用水量，降低水胶比，改善混凝土和易性，一举多得。

掺用引气剂抗渗混凝土设计步骤为：选择合格原材料→选取合适的水胶比→再掺用引气剂，利用泵送高效减水剂或高性能聚羧酸减水剂，不需另外添加其它外加剂即可达到效果，经济可靠，是首选方案。

3.3三乙醇胺防水混凝土

3.3.1防水机理

三乙醇胺具有催化作用。在混凝土拌合物中掺入微量时（0.03%～0.05%），可加速水泥的水化，使水泥在早期生成较多的水化产物，夺取较多的水与其结合，相应地减少游离水，也就减少了由于游离水蒸发而留下的毛细孔，从而提高了混凝土的密实度，进而提高抗渗性。

3.3.2适用范围

三乙醇胺做为防水剂，可以单独使用，与早强剂复配使用效果更为显著。过去的早强剂以氯化钠、亚硝酸钠为主，因氯化钠产生钢筋锈蚀，现在的早强剂多采用甲酸钙，早强效果与氯化钠相近，甲酸钙掺量占水泥用量 0.5% 左右。

三乙醇胺早强剂抗渗混凝土抗渗压力最大可达 3.8MPa，配制 1.2～2.4 MPa 的抗渗混凝土较容易实现。

4　膨胀剂在抗渗混凝土中的应用

4.1掺膨胀剂补偿混凝土收缩

混凝土在凝结初期或硬化过程中由于各种原因引起的随时间变化而发生的体积缩小现象，容易导致产生裂缝。如果混凝土掺加膨胀剂，会补偿混凝土收缩。

膨胀剂在混凝土中因化学反应而产生膨胀效应。在钢筋作用约束下，这种膨胀转变成压应力，减少或消除混凝土干缩和凝缩时的体积缩小，从而防止混凝土收缩开裂，并使混凝土致密化。抗渗混凝土是防止渗漏的，膨胀混凝土是防止混凝土凝固后的收缩变形产生的裂缝，抗裂也是抗渗的一种技术措施。

抗渗混凝土在地下室外墙及底板，即所有能与地下水发生直接接触的部位以及其他有抗渗、抗裂要求的混凝土工程，使用较多。

4.2掺膨胀剂的抗渗混凝土混凝土的配合比设计应符合下列规定：

（1）水胶比不宜大于 0.5；

（2）用于有抗渗要求的补偿收缩混凝土的水泥用量应不小于 320kg/m3，当掺入掺合料时，其水泥用量不应小于280kg/m3。

4.3掺膨胀剂混凝土的检验及性能要求

（1）施工用补偿收缩混凝土，其性能应满足表 3 的要求。

（2）填充用膨胀混凝土，其性能应满足表 4 的要求。

（3）掺膨胀剂的混凝土品质，应以抗压强度、限制膨胀率和限制干缩率的试验值为依据。有抗渗要求时，还应做抗渗试验。

表3　补偿收缩混凝土的性能

表4　填充用膨胀混凝土的性能

4.4大体积抗渗混凝土的浇筑的缓凝时间要求

大体积混凝土在计划浇筑区段内连续浇筑混凝土，不宜中断。混凝土浇筑以阶梯式推进，浇筑间隔时间不得超过混凝土的初凝时间，一般不少于 10 小时。混凝土终凝前，应采用抹面机械或人工多次抹压。

4.5掺膨胀剂抗渗混凝土的经济性考虑

在混凝土中掺加膨胀剂采用超量取代法，成本明显增加。如果采用胶材等量取代法，可节省一部分胶材，成本相对减少一些。因此在设计掺膨胀剂抗渗混凝土时，尽量考虑胶材等量取代法。

5　小结

（1）控制混凝土原材料、选择合适水胶比、掺用引气剂性这三项措施是抗渗混凝土的基本配制方法，它可满足一些没有特殊要求的抗渗混凝土；如果设计图纸有要求，可根据需要增加膨胀剂或其它外加剂品种。

（2）掺加膨胀剂可防止混凝土收缩开裂并增加致密性，如设计图纸有明确要求掺用膨胀剂的或使用部位有要求的，必须掺配，否则不能进行工程验收。

（3）任何抗渗混凝土最后必须要进行抗渗试验验证，按照设计配合比进行试配，以实测抗渗等级降低 0.2MPa 使用。

（4）加膨胀剂并不等于抗渗性就好，如果加膨胀剂的混凝土养护不到位，更容易出现裂缝，因此，浇筑完成的混凝土必须按照施工要求进行养护。

[1] 吴中伟，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中国铁道出版社，2005．

[2] 雍本．特种混凝土设计与施工[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．

[3] GBJ 50119－2003．混凝土膨胀剂应用技术规范[S]．

［通讯地址］河北三楷深发科技股份有限公司（051430）

李茜茜（1988—），女，硕士，助理工程师，河北三楷深发科技股份有限公司，研发方向：混凝土外加剂。