膨胀剂

    膨胀剂 : 38.1 简介
使混凝土或砂浆因化学反应而产生膨胀的外加剂,称为膨胀剂。膨 胀剂的主要用途是:配制补偿收缩的混凝土砂浆、配制填充用膨胀混凝 土砂浆和配制自应力混凝土砂浆。混凝土硬化过程中会产生一定的收 缩,单位水泥用量和用水量越多,含气量便越大,水分蒸发也越快,收缩 越明显。一般情况下,每1 m混凝土的收缩值为0.4～0.9 mm。由此会 引起混凝土开裂、渗漏、钢筋锈蚀、预应力损失等不良效果。应用膨胀剂 能使混凝土或砂浆在水化、硬化过程中产生一定的体积膨胀,克服上述 收缩造成的缺点。
补偿收缩混凝土是指在限制条件下,由于膨胀剂的作用而产生自 应力的混凝土。主要用于屋面防水,地下防水,贮罐、水池、基础后浇 缝、混凝土构件补强,防水堵漏,预填骨料混凝土等工程以及钢筋混凝 土、预应力混凝土构件等。填充用膨胀混凝土是指由于膨胀剂或膨胀 水泥的作用,使竖向变形始终保持一定正值的混凝土。主要用于机械 设备的底座灌浆、地脚螺栓的固定、梁柱接头的浇筑、管道接头的填充 和防水堵漏等。自应力混凝土指在限制条件下,由于膨胀剂或膨胀水 泥的作用而产生自应力的混凝土。主要用于自应力混凝土压力管。
38.2 制作原理
(1)明矾石膨胀剂
本产品为粉红色粉末,密度约2.7 g/cm³,细度为0.8 mm(方孔筛 筛余量不大于10%),由天然明矾石、无水石膏或二水石膏按比例配 合,共同磨细而成。它是利用膨胀剂中的硫酸铝、石膏与水泥矿物及 其水化物反应,生成明矾石而产生体积膨胀。即:
Al₂(SO₄)₃+6Ca(OH)₂+26H₂O3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O
3CaO·Al₂O₃+3CaSO₄+32H₂O3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O
CaO·Al₂O₃+3(CaSO₄·2H₂O)+2Ca(OH)₂+24H₂O 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O
该产品的掺量为水泥质量的15%～20%掺入该膨胀剂后的混凝 土,其自由膨胀率达0.05%～0.1%,自应力值达0.2～0.7MPa,抗压强 度提高10%～30%,抗渗性可提高2～3倍。该产品主要用于现浇钢 筋混凝土屋面防水、地下防水工程、预制场地、自防水屋面、混凝土接 缝、补强和机器地脚螺栓灌浆等。但对长期处于80℃以上环境中的工 程不得采用,原因是高温下明矾石有可能失去结晶水。
(2)硫铝酸钙类膨胀剂(CSA膨胀剂)
该产品由石灰石、铝质原料和石膏配成生料,在回转窑中煅烧成 熟料,再经粉磨而得。其矿物组成主要是无水铝酸钙(3CaO·3Al₂O₃· CaSO₄)、无水石膏(CaSO₄)、游离石灰(CaO)及少量的β-C₂S。其在水 泥混凝土中因形成钙矾石而产生膨胀。在有钢筋等因素的约束下,使 混凝土内部产生自应力,这就能对混凝土起到补偿收缩、防止开裂等 作用。由于所生成的钙矾石填充于水泥石毛细孔或气孔中,并能与纤 维状的C-S-H凝胶微晶交织成网络状,使水泥石结构更为致密,因 而使混凝土的强度和抗渗等性能均有较大幅度提高。其掺量为水泥 质量的8%～10%,可配制补偿收缩混凝土。填充用膨胀混凝土。这 类产品不得用于长期处于80℃以上的环境中的工程。
(3)石灰类膨胀剂
石灰膨胀剂是利用CaO的水化反应使体积发生膨胀。这类膨胀 剂的膨胀分为两个阶段。首先在水泥化初期,生成凝胶状的Ca(OH)₂ 而产生第一期膨胀;接着发生Ca(OH)₂重结晶,开始第二期膨胀。这 一过程在石灰水化反应到Ca(OH)₂晶体全部转化为较大的异方型、六 角板状结晶后才结束。从宏观上看,随着晶体类型的转化,体积将不 断膨胀。通常,可利用松香酒精溶液和硬脂酸来调节并控制石灰的水 化反应速度,使其在不同的水化阶段获得所需的膨胀值。
(4)铁屑膨胀剂
该产品是利用铁粒或铁粉在氧化剂和触媒作用下,生成氧化铁和 氢氧化铁等产物而使体积膨胀。氢氧化铁凝胶填充于水泥石孔隙中, 使混凝土更为密实,从而提高强度。铁屑膨胀剂掺量为水泥质量的 30%～35%,主要用于填充膨胀混凝土,但不得用于有杂散电流的工 程,也不能与铝材料接触。