摘 要：通过研究膨胀剂对高性能混凝土的强度，收缩等性能的影响，来探讨膨胀剂对高性能混凝土的补偿收缩作用。
关键词：膨胀剂;高性能混凝土;补偿收缩
1 前言
混凝土材料的研究向高性能混凝土方向大步发展，不仅注重其高强度，同时要求具有良好的施工性和耐久性。在配置高性能混凝土时，通常均掺入了高性能减水剂(超塑性剂)和矿物质掺和料，由此实现了低水胶化，低水泥用量，低水化热和高性能。
收缩性大，抗拉强度比低是混凝土的两个固有材料特征。当收缩引起混凝土内部的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土即发生开裂。通常认为裂缝是混凝土的最大缺陷，它将导致有害介质的侵入，加速钢筋锈蚀而降低耐久性，并造成漏水等现象使结构的使用功能降低或丧失。而高性能混凝土可能比普通混凝土更容易开裂，与普通混凝土相比较，高性能混凝土的化学收缩和干燥收缩小些，塑性收缩大些，而温度收缩和自收缩更大些，其中自收缩是高性能混凝土结构裂缝控制的突出问题。国内外研究表明，膨胀剂对高性能混凝土自身收缩有补偿作用。
膨胀剂加入混凝土中，在水泥凝结硬化过程中，能产生体积增大的水化产物，从而表现出膨胀性能。其水化生成的钙矾石晶体能填充混凝土的毛细孔，改变混凝土的孔结构，使有害孔减少，总空袭率降低，从而使混凝土的密实性提高，耐久性提高。膨胀剂和粉煤灰等矿物掺和料，再加入高性能外加剂，可以降低混凝土水化热引起的温度梯度，从而减少和防止温度裂缝的出现，提高混凝土的体积稳定性，因此，在实际工程中得到了广泛应用。
2 试验检测材料
我们做了大量试验，通过试验研究膨胀剂对高性能混凝土的强度，收缩等性能的影响，来探讨膨胀剂对高性能混凝土的补偿收缩作用。所用材料如下：
2.1 水泥：武汉亚东普通硅酸盐水泥P.O 42.5 ，比表面积335m2/kg，28天抗折强度8.9MPa，抗压强度52.8MPa;
2.2 粉煤灰：阳逻电厂 II级粉煤灰，细度16.5%，烧矢量1.0%;
2.3 矿粉： 武汉亚东 S95 ，比表面积450 m2/kg，烧矢量1.1%;
2.4 细骨料：巴河砂中砂，细度模数2.8，II区，洁净;胶砂试验采用标准砂;
2.5 粗骨料：阳新碎石场，5-25mm碎石，压碎值9.7%，针片状4%，表观密度2680kg/m3，空袭率38%。
2.6 膨胀剂：深圳五山新材料有限公司，AEA型低碱膨胀剂，推荐掺量8%，其主要特点膨胀效能高，膨胀率为0.04%左右，碱含量低，仅为0.4%，不影响混凝土的坍落度及其损失，强度性能好，后期强度稳定增长，对钢筋无锈蚀，对水质无污染，耐久性好。
3 试验参考方法
混凝土膨胀剂JC476-2001;混凝土外加剂应用技术规程GB50119-2011;普通混凝土拌合物性能试验方法GB/T50080-2002;普通混凝土力学性能试GB/T50081-2002;普通混凝土长期性能试验方法GB/T50082-2009。
膨胀剂与粉煤灰在试验中采用内掺法，等量替代水泥率计算。砂浆配合比选择原则应尽可能接近高强混凝土，因此，砂的制备为混凝土用的中砂，配合比为：胶凝材料：砂：水=1：1.2：0.31，在20+2℃，相对湿度为65%的试验内成型，24h后拆模，放入标养室养护。
4 力学性能及膨胀性能，抗裂性能结果探讨
4.1 力学性能
4.1.1 砂浆强度，按JC476-2001检测，结果如下：
试验结果显示：掺8%的膨胀剂的胶砂强度和不掺时差不多，而同时掺8%的膨胀剂和20%的粉煤灰时，胶砂强度降低。
若使用较低的水灰比，用本文第2款中的高强砂浆配合比配制，(掺1.6%的缓凝型外加剂，)掺8%膨胀剂的砂浆具有较高的强度，尤其是抗折强度，若同时掺加8%膨胀剂和35%矿粉的砂浆具有较高的早期强度和后期强度，只要解决好强度发展的规律，养护充分，就很容易配制出高强高性能混凝土。试验结果如表：
4.1.2 混凝土强度
在完成砂浆强度试验的基础上，我们进行了大量的混凝土强度试验，历时60天，得出以下数据，见下表：
从大量的试验检测数据中，我们总结出：随着矿物掺和料10%--30%等量替代水泥率的增加，混凝土的早期强度及28天强度逐渐降低，后期强度增长较大，并随着龄期的增长，强度将非常接近;在矿物掺和料等量取代35%水泥的基础上，彼此再用8%的缓凝剂取代水泥，这样复合掺加具有更高的强度，较单独掺加矿物掺和料提高一个强度等级，可见，用矿物掺和料和缓凝剂复合使用，就可以配制出高流态高强度的高性能混凝土。
膨胀剂掺入混凝土中，早期能提高液相的碱度，使生成的钙矾石晶体较细小，同时有凝胶状的水化产物产生，这些水化产物填充混凝土的毛细孔，改善混凝体的孔结构，使混凝土的密实性提高，再使用双掺技术，进一步激发矿物掺和料的火山灰效应，调整混凝土的初期结构强度，使混凝土的强度发展具有合理的规律，综合改善混凝土的性能。
4.2 膨胀性能
按照GB50119-2011中规定的试验方法开展试验，用上表中前三个配合比进行，结果如表：
由此看出， 在掺加相同膨胀剂的情况下，掺加10%-30%的矿物掺合料的混凝土膨胀率1.5*10-4，满足补偿收缩混凝土的要求;随着矿物掺和料掺量的增加，混凝土的限制膨胀率逐渐降低，但在干空气中收缩也逐渐减小。
同时掺加膨胀剂和矿物掺和料，可大幅度降低水化热，当再加入高性能减水剂时，水化热降低的幅度更大，这样控制混凝土内部的温升，控制混凝土内外温差，此时膨胀剂的膨胀作用可补偿混凝土的后期冷缩和干缩，降低温度拉应力，从而防止混凝土的开裂。
4.3 抗裂性能
采用中间有刚性约束的胶砂圆环抗裂试验，砂浆配合比选择为：胶凝材料：砂：水=1：1.2：0.31，在20+2℃，相对湿度为65%的试验内成型，24h后拆模，放入标养室养护。
通过试验，我们得出，直接使用水泥的高强度的砂浆，出现裂缝的时间较早，近5天就出现裂缝，同时使用水泥和缓凝剂的砂浆，第9天出现裂缝，而使用水泥，粉煤灰以及缓凝剂的砂浆，21天才出现裂缝，明显降低了混凝土收缩开裂的趋势。
结束语
中国工程院吴中伟院士早前发表的“补偿收缩混凝土”一文中就提出，无论从密实性，体积稳定性以及避免裂缝中的哪一项功能来看，掺入适当膨胀剂对高性能混凝土肯定是有利的，将膨胀剂掺入高性能混凝土是必然的趋势。在我所从事试验检测的这些年里，使用最广泛的是将膨胀剂是用于预制后张法预应力简支梁体的压浆与封锚中，很好的发挥了其补偿收缩的性能，使梁体孔道浆体及封锚混凝土的强度及其耐久性都得到了提高。膨胀剂在高性能混凝土中的应用，不仅在桥梁构件中，在水利，工民建等重要结构中，也有着其举足重轻的指导意义。
混凝土膨胀剂具有良好的技术性能，用P.O42.5的水泥，只同时掺加膨胀剂以及矿物掺合料就能够配制高强度的高性能混凝土;膨胀剂可起到补偿收缩的作用，圆环试验表明，混凝土膨胀剂能够推迟混凝土出现裂缝的时间，尤其是同时掺加膨胀剂以及矿物掺合料，可使裂缝出现的时间大大延长;再掺入高性能外加剂，可进一步激发矿物掺和料的火山灰效应，协调混凝土的初期结构强度，使混凝土的强度发展具有非常合理的规律，同时可避免或减少混凝土的裂缝，从而综合改善混凝土的性能。
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