膨胀剂对混凝土性能的影响研究

厦门大学嘉庚学院，福建 龙海 363105

0 引言

在传统的混凝土结构中，水泥和粘土制品如砖和加气混凝土在世界各地的建筑业中得到了广泛的应用。但是它们的生产能源消耗巨大和排放大量二氧化碳。最近一种新的混凝土引起了人们的注意。在混凝土中加入膨胀剂使得混凝土由于泡沫剂的作用，在体内含有大量的气孔。

轻质自密实混凝土（LWSCC）用于结构和修补应用，它结合了结构自重带来的改善工作性和减少死荷载的优点。Joseph［1］等评估了发泡聚苯乙烯（EPS）和苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）胶乳对重量在1870～2360 kg/m3之间的LWSCC的耐久性相关性能的耦合影响。水与粘合剂的比例（w/b）进行了调节，以确保相似的抗压强度。试验结果表明，尽管密度有所下降，但包括吸附性、腐蚀性和氯离子渗透在内的传输性能与对照正常重量的混凝土非常相似，这是由于各种现象的综合作用，如较低的w/b 使混凝土的微观结构更加细化，EPS 颗粒可作为内部屏障，SBR 聚合物的存在可形成分散的防渗膜网络。SBR 的加入有利于提高复合板的粘结强度，尤其是在反复冻融循环的情况下。与普通重量的混凝土相比，当制备LWSCC 时，降低w/b 和/或添加SBR 时，抗化学侵蚀能力得到改善。

1 膨胀剂对混凝土性能影响

使用水泥、膨胀石粉、硅灰和泡沫生产泡沫混凝土，利用以蛋白质［2］为基础的发泡剂来获得具有不同浓度的泡沫，水泥含量在356～643kg/m3之间。将泡沫混凝土浇注到尺寸为200mm×200mm×500mm的棱柱和直径为150mm×300mm的圆柱体模具中，进行粘度、新鲜和干燥单位重量、吸水率、超声、抗压强度、毛细作用和导热性试验，并获得了扫描电子显微镜（SEM）图像，用于观察试样的微观结构。对经粉磨的膨胀石进行扫描电镜观察可见，膨胀石的手风琴状结构已消失。在粉末状中，EVP 的结构为单独的叶状。EVP 的最大叶片尺寸约为25 mm。研究结果表明，泡沫混凝土的抗压强度为0.4～3.7 MPa、干单位重量为587～1040 kg/m3、导热系数为0.059～0.237 W/m·K、孔隙率为70.6%～89.5%。考虑到泡沫浓度和温度升高的影响，对试验结果进行了讨论，也与文献中的结果进行了详细的比较。含有膨胀石粉的泡沫混凝土在导热性方面表现出良好的效果。

图1 膨胀石扫描电子显微镜（SEM）图［2］

图2 经粉磨的膨胀石扫描电子显微镜（SEM）图［2］

气凝胶是一种多孔材料，导热系数低因为它的孔径很小，用气凝胶填充的膨胀珍珠岩作为混凝土中的骨料。分别将级配和非级配的膨胀珍珠岩填充气凝胶加入到混凝土中。当新材料含量增加时，混凝土的机械强度和导热系数均下降［3］。当骨料含量和水胶比相同时，非级配材料混凝土的机械强度和导热系数均大于级配材料。采用0.5 和0.7 的水胶比，探讨水胶比对新型混凝土材料性能的影响。体积含量为100%的级配膨胀珍珠岩填充气凝胶的混凝土，其导热系数为0.098 W/（m·K），抗压强度为3.71 MPa［3］。

2 高海拔地区使用膨胀剂的性能影响

众所周知，在混凝土中分别加入纤维或膨胀剂可以改善钢筋混凝土的粘结性。但是，对于可能联合添加纤维和膨胀剂来进一步改善钢筋-混凝土的粘结性的系统研究还很少。在此，设想在纤维和膨胀剂一起添加的情况下，纤维对自生膨胀的约束作用将产生主动约束应力，以提高粘结力［4］。L.G.Lia［4］等在新的拉拔试验方法，添加钢纤维（SF）和膨胀剂（EA）对混凝土中钢筋粘结行为的影响。共测试了72 个由不同水/粘结剂比例、SF 含量和EA 含量的混凝土混合料浇筑的混凝土试件。更重要的是，这种联合添加将提供协同效应，即在有EA 存在的情况下，添加SF 的好处更大，而在有SF 存在的情况下，添加EA的好处更大。

为了缓解高海拔地区混凝土路面裂缝，使用含MgO 膨胀剂（MEA）的混凝土制作的连接加固板进行了研究。在实验室中测试了不同MEA 含量的混凝土混合物，以评估MEA 对混凝土力学性能（抗压强度和抗弯强度）、体积变化和是否存在微裂缝的影响。随后，在中国西藏石加子机场收集了现场数据，包括混凝土板的应变和有无MEA 的混凝土路面中钢筋的应力。结果表明，添加多边环境协定会降低混凝土的抗压强度（最高27%），但当多边环境协定含量限制在8%时，抗折强度略有提高（最高12%）［5］。混凝土的膨胀可以减小横向裂缝的宽度，使混凝土板像预应力构件一样，从而使路面性能得到改善。

3 结论

加入膨胀剂的轻质混凝土，具有流动性好、隔热隔音、耐火性能好、重量轻等特点。轻质混凝土在生产中的骨料和水泥用量也较少，这种高流动性混凝土具有改善和易性的优点，有助于浇筑拥挤和复杂形状的构件，并减少结构自重产生的荷载。