膨脹混凝土分補(bǔ)償收縮混凝土和自應(yīng)力混凝土兩大類。前者指在有約束的條件下，由于膨脹水泥或膨脹劑的作用能產(chǎn)生0.2～0.7MPa自應(yīng)力的混凝土；自應(yīng)力混凝土是指在約束的條件下，由于膨脹水泥或膨脹劑的作用能產(chǎn)生2.0～8.0MPa自應(yīng)力的混凝土。

為了克服混凝土產(chǎn)生干燥收縮的缺點(diǎn)，摻入膨脹劑的混凝土稱為膨脹混凝土。由于膨脹水泥的發(fā)展，可以采用膨脹水泥制造膨脹混凝土。

1.兩種類型

根據(jù)不同的使用目的，膨脹混凝土可分補(bǔ)償收縮混凝土和自應(yīng)力混凝土兩類。膨脹混凝土主要用在加固結(jié)構(gòu)、補(bǔ)強(qiáng)、接縫和防滲堵工程。自應(yīng)力膨脹混凝土還可代替預(yù)應(yīng)力混凝土作用。

補(bǔ)償收縮混凝土是一種為減少和防止混凝土開(kāi)裂而減少收縮的混凝土。自應(yīng)力混凝土是利用水泥膨脹張拉鋼筋而制得的預(yù)應(yīng)力混凝土。由于膨脹混凝土的膨脹被約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力，與由于干縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力相抵消，從而達(dá)到抵消干縮的目的，這也是補(bǔ)償收縮混凝土的機(jī)理。由于膨脹被約束，在抵消干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力后，壓應(yīng)力尚有剩余并被殘留在混凝土中，這便是自應(yīng)力混凝土的機(jī)理。

2.膨脹特性

膨脹混凝土的膨脹特性，隨膨脹劑的種類、摻量、水泥品種、配合比、骨料性質(zhì)、養(yǎng)護(hù)條件、配筋率和約束條件而變化。其中影響最大的是膨脹劑的品種和混凝土膨脹的約束條件。膨脹劑摻量愈大，膨脹愈大;約束愈大，膨脹愈小。

膨脹混凝土的強(qiáng)度也受膨脹率的影響。增大膨脹率，混凝土的強(qiáng)度等力學(xué)性能則降低。開(kāi)始降低的膨脹率界限，隨水灰比的減少而降抵，水灰比為o.5時(shí)為(700～950)×10^-6；水灰比為0.40時(shí)為(620～680)×10^-6。水灰比為0.30時(shí)為(530～600)×10^-6。

膨脹混凝土是指用膨脹水泥或膨脹劑配制的水泥混凝土。

混凝土膨脹劑是指與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石或氫氧化鈣，使混凝土產(chǎn)生膨脹的外加劑。

混凝土膨脹劑分為三類。

1硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑：是指與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石的混凝土膨脹劑。

2硫鋁酸鈣—氧化鈣類混凝土膨脹劑：是指與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石和氫氧化鈣的混凝土膨脹劑。

3氧化鈣類混凝土膨脹劑：是指與水泥、水拌和后經(jīng)水化反應(yīng)生成氫氧化鈣的混凝土膨脹劑。

膨脹混凝土適用于地下、防水、貯罐、路面、屋面、樓板、墻板、管道、接縫、錨固、大跨與高層建筑、水利工程、海水工程、冬季施工工程、搶修工程等 。

膨脹混凝土除具有補(bǔ)償收縮和產(chǎn)生自應(yīng)力功能外，還具有抗?jié)B性強(qiáng)、早期快硬、后期強(qiáng)度高（或超過(guò)100MPa）、耐硫酸鹽能好等特點(diǎn)。

(1)使用中必須對(duì)自由膨脹采取限制措施，否則，會(huì)降低使用效果，降低強(qiáng)度。在無(wú)筋混凝土中摻用膨脹劑，應(yīng)推遲拆除模板。

(2)摻膨脹劑的混凝土，坍落度損失較大，可以摻入緩凝劑解決。如果水泥不適應(yīng)，則更換水泥。

(3)膨脹混凝土的配合比、膨脹材料及摻量，都須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。在選擇膨脹混凝土之前，應(yīng)研究施工結(jié)構(gòu)是否真正需要使用膨脹混凝土。當(dāng)確定有必要時(shí)，才著手選擇膨脹劑。試驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物必要的膨脹率、膨脹速度、混凝土強(qiáng)度以及使用的水泥和骨料，采用與結(jié)構(gòu)相同的約束條件和養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行試驗(yàn)，從而獲得所需的膨脹劑種類和摻量。

1.膨脹水泥

國(guó)內(nèi)外研究成功的膨脹水泥主要有硫鋁酸鹽型膨脹水泥(包括K型、M型、S型膨脹水泥和明礬石、石膏礬土、硫鋁酸鹽膨脹水泥等)和石灰系膨脹水泥兩類。

我國(guó)生產(chǎn)的膨脹水泥主要有硅酸鹽膨脹水泥、石膏礬土膨脹水泥、硅酸鹽和鋁酸鹽膨脹水泥、自應(yīng)力水泥。另外還有石灰系膨脹水泥，即在硅酸鹽水泥熟料中加入石灰和石膏而制成的膨脹水泥。

硅酸鹽膨脹水泥禁止使用在有硫酸鹽侵蝕性的工程中。石膏礬土膨脹水泥不能用于與堿溶液相接觸的工程，亦不得與硅酸鹽水泥、石灰等混合使用;施工時(shí)溫度低于5℃以及環(huán)境溫度高于80℃的工程，沒(méi)有相應(yīng)的措施也不得使用。

2.膨脹劑

膨脹劑是與水泥、水拌和后，經(jīng)水化反應(yīng)能生成鈣礬石(C₃A.3CaS0₄·32H₂0)或氫氧化鈣[Ca(OH)。]，使混凝土產(chǎn)生膨脹的外加劑。這種膨脹作用，不僅可以減少或消除干縮的體積縮小，而且還可以堵塞和充填混凝土的毛細(xì)孔隙，提高抗?jié)B能力。

膨脹劑可分為三類，即硫鋁酸鈣類膨脹劑(包括明礬石、UEA，AEA三種膨脹劑)、氧化鈣類膨脹劑(稱CEA)、復(fù)合膨脹劑(LrEA_H)。

微膨脹混凝土結(jié)構(gòu)在未承載時(shí)，其物理力學(xué)狀態(tài)是：由于混凝土中配置一定的鋼筋，工程中不可避免地存在著結(jié)構(gòu)邊界的約束作用，使各類變形均處于受挖狀態(tài)加了外加劑的混凝土，等同于補(bǔ)償收縮混凝土。

一般混凝土干了以后大多都有少許收縮，加了膨脹劑的混凝土，不但不收縮而且隨著時(shí)間推移，有一定的自由膨脹量。

這樣配方的混凝土稱為微膨脹混凝土

微膨脹混凝土結(jié)構(gòu)在未承載時(shí),其物理力學(xué)狀態(tài)是:由于混凝土中配置一定的鋼筋,工程中不可避免地存在著結(jié)構(gòu)邊界的約束作用,使各類變形均處于受拉狀態(tài)。因此,普通混凝土存在的干縮、蠕變、溫差效應(yīng)所造成的收縮變形將產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)這種拉應(yīng)力大于混凝土極限拉應(yīng)變時(shí)即出現(xiàn)裂縫。而采用微膨脹混凝土?xí)r,在強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中即產(chǎn)生體積膨脹,內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變,能補(bǔ)償各種收縮變形,抵消相應(yīng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力,有效地提高結(jié)構(gòu)的抗裂性。由于膨脹變形時(shí)釋放的大部分能量均發(fā)生在混凝土養(yǎng)護(hù)的早期階段,此時(shí)尚處在塑性狀態(tài),故大量空隙易于被壓縮密實(shí);同時(shí),因游離的鈣礬石結(jié)晶顆粒具有填充孔隙的作用,使空隙進(jìn)一步減少,密實(shí)作用顯著提高。上述多種因素綜合發(fā)生作用后,可極大地改善混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),使其具有較好的抗?jié)B透性能。

對(duì)抗裂性產(chǎn)生原因的再認(rèn)識(shí)。長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)微膨脹混凝土的抗裂性僅從補(bǔ)償收縮的角度分析和考慮,對(duì)更深層次的機(jī)理分析論述不充分?，F(xiàn)根據(jù)建筑期刊介紹的大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及檢測(cè)資料,對(duì)抗裂性的機(jī)理作進(jìn)一步的加深理解。微膨脹混凝土本身具有的特性,是獲得較好抗裂性的主要原因,其一,在受約束狀態(tài)下其凈膨脹率以膨脹和收縮值之差計(jì)算,e=f（t）的發(fā)展過(guò)程會(huì)延續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間,在此進(jìn)行過(guò)程中凈膨脹率的變化為:在大約100d左右齡期以前,e為正值,混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)變;以后e會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值,結(jié)構(gòu)內(nèi)部則產(chǎn)生拉應(yīng)變。

其二,澆筑初期的膨脹量達(dá)到高峰值是決定凈膨脹率負(fù)值出現(xiàn)時(shí)間推遲的關(guān)鍵。當(dāng)凈膨脹率的負(fù)值出現(xiàn)時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)體的抗拉極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變值已提高了很多,完全可以抵抗收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變能力。從上述簡(jiǎn)析中可知,微膨脹混凝土的抗裂能力,不能單從其膨脹值的大小衡量,而應(yīng)從不同角度如膨脹率整個(gè)發(fā)展過(guò)程的延續(xù)時(shí)間、峰值大小和凈膨脹率的變化來(lái)考慮。2工程應(yīng)用中應(yīng)重視的幾個(gè)問(wèn)題一些地下工程實(shí)踐表明:采取無(wú)縫整體現(xiàn)澆微膨脹混凝土的貯水池、地下泵房、高層建筑地下室及箱型基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)已取得了較好的抗?jié)B效果,但仍在一些技術(shù)上需完善與穩(wěn)妥處理。

加強(qiáng)對(duì)混凝土早期的養(yǎng)護(hù)(7～14d)及防護(hù)工作。此期間的表濕應(yīng)連續(xù)充足,以保證膨脹率能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的峰值,這是結(jié)構(gòu)抗裂和抗?jié)B的關(guān)鍵所在。一般實(shí)際施工中往往因多方面因素而忽視加強(qiáng)對(duì)澆筑后早期的養(yǎng)護(hù),存在方法與措施不當(dāng)而使養(yǎng)護(hù)效果受到影響,從而導(dǎo)致膨脹混凝土抗裂與抗?jié)B性能受到不同程度的損害,嚴(yán)重的還造成質(zhì)量事故。

控制水灰比。水灰比對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響眾所周知,水灰比過(guò)高則孔隙率多且大,鈣礬石結(jié)晶顆粒的填孔效果受到影響,在已成功的經(jīng)驗(yàn)中水灰比一般在0.4～0.5為宜。從圖1可知,混凝土膨脹量的絕大部分在早期發(fā)生,在尚處于塑性狀態(tài)的孔隙率過(guò)大時(shí),其能量的大部分消耗在壓縮塑性的大量孔隙和釋放到不受約束的方向去,而受限制的方向也是不應(yīng)出現(xiàn)裂縫的方向則常首先出現(xiàn)裂縫,將有效的壓應(yīng)變和預(yù)壓應(yīng)力的初始峰值明顯降低,使該方向孔隙的有效壓縮量也相應(yīng)降低,終將導(dǎo)致抗裂和抗?jié)B性的大幅度下降。一些工程管理中無(wú)控制水灰比的嚴(yán)格措施,甚至在運(yùn)輸、停留和振搗進(jìn)行中的二次加水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,忽視水灰比的問(wèn)題必須引起重視。

水泥強(qiáng)度及用量、振搗問(wèn)題。水工地下防水抗?jié)B混凝土的水泥標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于425#(普通硅酸鹽水泥),其用量不宜低于320～350kg/m3;粗骨料粒徑<30mm,;采用中砂,每m3用量不低于0.38～0.41;澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,間隔時(shí)間<60min;運(yùn)距較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)加緩凝劑;;澆筑完表面及時(shí)防護(hù)等。24膨脹劑的選用與摻量是關(guān)鍵。根據(jù)資料介紹,中國(guó)建材科研院研制開(kāi)發(fā)的U型膨脹劑效果較好,其摻量按工程具體要求而定:U型膨脹劑摻量占水泥質(zhì)量的10%～14%時(shí),能獲得較好的膨脹性,適用于以抗裂為主的工程。此種摻量下的混凝土膨脹在非受限狀態(tài)下自由膨脹的強(qiáng)度與普通混凝土相比,其自由強(qiáng)度降低約5%～10%,一般可不考慮其影響。因在具體工程中混凝土均不可避免地處于受限狀態(tài),在受限狀態(tài)下膨脹混凝土的強(qiáng)度同普通混凝土相比提高10%～30%—當(dāng)然與受限狀態(tài)的強(qiáng)弱及摻量有關(guān)。在受限狀態(tài)下當(dāng)摻量為10%～14%,一般受限狀態(tài)的混凝土膨脹后的實(shí)際強(qiáng)度多高于相同強(qiáng)度等級(jí)的普通自由混凝土的強(qiáng)度。但是,當(dāng)摻量大于14%且結(jié)構(gòu)處于非強(qiáng)化受限狀態(tài)時(shí),上述產(chǎn)生的不利因素不應(yīng)忽視。當(dāng)U型膨脹劑摻量在8%～10%時(shí),膨脹率偏低,但混凝土強(qiáng)度有所提高,具有一定的抗?jié)B性能,此摻量適用于以抗?jié)B為主的承重結(jié)構(gòu)。如同時(shí)又需提高混凝土的抗裂性時(shí),膨脹劑摻量應(yīng)增加至14%,并適當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。當(dāng)膨脹劑摻量在14%～16%時(shí),膨脹率顯著提高,但混凝土自由狀態(tài)下的強(qiáng)度下降幅度會(huì)達(dá)10%,不應(yīng)忽視這一問(wèn)題。取大摻量?jī)H適用于大體積并處于較強(qiáng)受限制狀態(tài)下的填充混凝土———由于受限狀態(tài)強(qiáng)度高,混凝土的實(shí)際強(qiáng)度也會(huì)有較大的提高,以補(bǔ)償在自由狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度的損失。