膨胀剂在公路工程水泥混凝土施工中的应用

　　摘要：首先概述了水泥混凝土膨胀剂的性能，然后以某公路路面翻修工程为例，对该工程路面翻修工程水泥混凝土膨胀剂施工进行深入探讨。研究结果表明，施工技术人员必须结合工程实际情况熟练掌握常用的膨胀剂型号、性能，并加强施工前对膨胀剂掺加量及性能指标的试验及施工过程控制，方可提高水泥混凝土的质量。

　　关键词：公路工程; 水泥混凝土; 膨胀剂;

　　1 水泥混凝土膨胀剂概述

　　1.1 膨胀剂性能概述

　　膨胀剂作为无机矿物掺合料在公路水泥混凝土结构中应用十分广泛，公路工程预应力钢筋混凝土结构大多为先简支后连续多跨径钢构，为避免后浇带和后张区水泥混凝土开裂，保证后浇带和后张区施工连续性，必须使用膨胀剂，使后浇带和后张区采用膨胀混凝土施工。此外，为避免公路工程中薄壁结构发生开裂，也可通过掺加膨胀剂制成补偿收缩混凝土材料，达到抗裂的目的。膨胀剂还可用于化学自应力钢筋混凝土涵管方面。膨胀混凝土和补偿收缩混凝土用途较广泛，但膨胀剂使用过程中必须加强对其性能、质量、掺量等的分析与控制，具体包括以下方面：

　　首先，学术界对于膨胀剂属于化学外加剂还是矿物掺料存在较大争议，考虑到膨胀剂具有矿质材料及火山灰的属性特征，且在拌和过程中只能与水泥等掺合料一样，以粉末形式而非溶液形式掺加，所以本工程在结合专家意见后将膨胀剂归入掺合料，在其与混凝土材料混合时，采用等量取代法取代水泥。

　　其次，水泥混凝土掺加膨胀剂后必须通过钢筋加强边界约束，因为其在自由膨胀的情况下无法建立设计膨胀压应力，无法限制混凝土结构产生裂缝。此外，掺加膨胀剂后的混凝土膨胀量通常仅出现在硬化后的10～14d内，若膨胀剂所导致的膨胀发生在混凝土材料水化硬化28d以后，则会生成高硫型水化硫铝酸钙，导致混凝土结构粉碎性破坏。膨胀性混凝土最大膨胀量通常出现在14d内，硬化后的28d膨胀混凝土则失去了膨胀性，其变形开裂特征也与常规混凝土完全相同[1]。

　　通过对膨胀混凝土上述性能特征的分析表明，并不是掺加膨胀剂后水泥混凝土的开裂问题就会彻底得到解决，不少工程实践表明，使用膨胀剂后返工及工程事故仍有发生，所以，施工技术人员必须加强对膨胀剂的科学使用，杜绝因不了解膨胀剂性能而导致安全事故发生的问题，降低水泥混凝土膨胀剂使用事故发生的概率。

　　1.2 膨胀剂性能指标

　　水泥混凝土膨胀剂性能指标详见表1和表2，氯化镁、含碱量、含水量等均按照《水泥化学分析方法》（GB/T176—1996）所规定的方法进行检测；氯离子含量则通过《水泥原材料中氯的化学分析方法》（JC/T420—1991）的规定检测；水泥混凝土膨胀剂细度、凝结时间、抗压强度、抗弯折强度等按照《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053—1994）进行试验。

　　表1 水泥混凝土膨胀剂化学成分     

　　表2 水泥混凝土膨胀剂物理力学性能     

　　掺加膨胀剂的水泥混凝土材料对于结构边界约束及钢筋约束的水泥混凝土结构、填充性水泥混凝土结构均较为适用，但是不适用于自由伸缩的结构。

　　2 工程概况

　　某公路路面翻修工程采用42.5强度硅酸盐水泥和少量矿渣水泥，并进行了两种水泥掺锦州产UEA-Ⅱ型膨胀剂试验。本公路过去在路面混凝土中并未使用过膨胀剂，对于膨胀剂掺量及性能并无经验可以借鉴，所以在试验段试打2m×5m和4m×0.28m两块板，硅酸盐水泥设计用量320kg/m?，并掺加10%的UEA-Ⅱ型膨胀剂，该型号膨胀剂对于混凝土结构后浇带、隧道堵头、管线连接构筑物、钢管之间填充等均较为适用，从膨胀水泥混凝土材料外观看，并无不良表现，7d强度也比未掺加膨胀剂的同龄期混凝土高。此后的矿渣水泥试验中水泥用量328kg/m?，掺加8%UEA-H (ZY）型膨胀剂，该型号膨胀剂适用于设备底座灌浆、构件补强及加固、地脚螺栓固定等。试验共浇筑长度40cm、60cm、80cm、100cm的4条道面，浇筑结束10d后根据设计要求分块切缝，且未出现断裂，道面所发生的发丝裂缝显然比未掺加膨胀剂的道面少。膨胀水泥混凝土水灰比为0.48，和易性良好，且无泌水现象，7d强度比硅酸盐水泥强度高出15%。所以，在本公路路面工程水泥混凝土材料中按设计比掺加膨胀剂，能有效提升混凝土结构强度，减少裂缝，避免混凝土板掉边掉角等问题。

　　3 水泥混凝土膨胀剂施工

　　3.1 原材料及配合比设计

　　掺加膨胀剂的水泥不能采用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等高铝水泥，本工程选用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。水胶比控制在0.5以内。待膨胀剂运输至拌和站，先进行限制膨胀率试验，相应指标合格后投入使用。限制膨胀率根据表3所列膨胀剂含碱量与其掺量之积加以确定。在确定膨胀剂掺量时，应按等量取代法使其等量取代水泥，并通过试验确定膨胀剂实际掺量。

　　表3 膨胀剂含碱量    

　　根据所确定的限制膨胀率和《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）所规定的干缩率进行配合比设计。

　　泵送混凝土和高性能混凝土在掺加膨胀剂的同时还应掺入其他掺合料，胶凝材料总量包括水泥、膨胀剂与掺合料，并按照等量取代法确定其余掺合料的掺加量，再通过试验确定出膨胀混凝土中的掺合料掺加量。

　　膨胀剂在具备较好适应性的情况下还可以与外加剂复配使用，但是不得使用氯盐类外加剂，且膨胀剂在与防冻剂复配时应慎用，通过试验进行膨胀混凝土所适用外加剂类型及掺加量的确定。

　　3.2 膨胀混凝土拌和

　　本公路工程水泥混凝土膨胀剂拌和应采用强制式拌和楼，使用粉状膨胀剂且拌和时间应比常规混凝土长30s。考虑到掺加膨胀剂后混凝土塌落度损失程度增大，为此，应通过掺加一定比例缓凝剂（减水剂）以中和调整塌落度损失[2]。

　　3.3 膨胀混凝土浇筑

　　在规划浇筑路段按照阶梯式推进的方式连续浇筑，浇筑间隔时间应以混凝土初凝时间为限，且密实振捣，避免过振、漏振与欠振。为防止新旧混凝土结合处出现沉降裂缝，应在混凝土终凝前数次抹压连接处表面。

　　3.4 膨胀混凝土养生

　　本公路工程大面积混凝土应加强保湿养生，且养生期至少为14d，挡土墙、箱梁等保湿养生难度较大的结构，应喷涂养生剂养生至少10d，拆模后包裹塑料薄膜继续养生，直至膨胀混凝土实际强度达设计强度的80%。考虑到本工程施工环境温度较低的情况，应采用保温材料覆盖养生至少14d，挡土墙、桥台、薄壁桥墩等结构必须带膜养生至少21d。

　　3.5 膨胀砂浆填充

　　膨胀砂浆水料比应控制在0.15～0.17以内，且材料拌和时间至少3min，通过人工或机械方式进行膨胀砂浆浇筑填充，同时通过钢筋前后拉动疏导，不能通过机械振捣。膨胀砂浆浇筑填充结束后应覆盖塑料薄膜并洒水养生至少7d，在养生过程中若环境温度低至5℃及以下，还应加强保温养生措施。填充膨胀砂浆的性能详见表4。

　　表4 填充膨胀砂浆的各项性能指标    

　　4 结语

　　膨胀剂在本公路工程水泥混凝土中的掺加应用结果表明，膨胀剂的掺加能有效提升混凝土材料强度性能，但是随着时间的推移，混凝土材料强度会逐渐衰减，为此，施工技术人员必须充分掌握膨胀剂材料性能，并在施工前进行必要的水泥混凝土掺加膨胀剂试验，根据试验结果准确把握膨胀剂掺量，以确保膨胀剂材料性能的充分发挥，切实保证公路工程施工质量。

　　参考文献

　　[1] 刘亚斌，李景顺.膨胀剂在公路工程水泥混凝土施工中的应用[J].交通世界，2019(32):135-136.

　　[2] 马仁兵.膨胀剂在隧道衬砌混凝土中的应用研究[J].黑龙江交通科技，2019(5):176-177.