3.8　膨胀剂

3.8.1　膨胀剂研究概况

膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土（包括砂浆及水泥净浆）产生可控制的膨胀以减少收缩的外加剂。它依靠自身的化学反应或与水泥其他成分反应产生体积膨胀，膨胀受约束时将产生预压应力，可以补偿混凝土的收缩，提高混凝土的体积稳定性。在普通混凝土中掺入膨胀剂可以配置补偿收缩混凝土和自应力混凝土，因而得到很快的发展和应用。

膨胀剂主要用于为减少干燥收缩而配制补偿收缩混凝土和为了利用膨胀力而配制自应力混凝土，补偿收缩混凝土用于建筑物、水槽、贮水池、路面、桥面板、地下工程等的防渗抗裂。自应力混凝土用于构件和制品的生产，是为了提高抗裂强度和抗裂缝承载能力。

应用混凝土膨胀剂的目的在于：①提高混凝土的抗裂能力，减少并防止裂缝的出现；②阻塞混凝土毛细孔渗水，提高混凝土抗渗等级；③使超长钢筋混凝土结构保持连续性，满足建筑设计要求；④不设后浇带以加快工程进度，防止后浇带处理不好引起地下室渗水。

3.8.1.1　国外膨胀剂研究概况

膨胀剂及膨胀混凝土诞生于20世纪30年代中叶，但直到50年代末期才开始小规模地生产和应用，60～70年代得到了较大的发展。早期美国和日本曾进行了大量的研究开发工作，取得了满意的效果，前苏联也进行了较多的研究工作。美国ACI标准中有三种膨胀水泥，即K型、M型和S型。K型膨胀水泥由波特兰水泥与无水硫铝酸钙（3CaO·3Al2O3·CaSO4，简写为C4A3S）、石膏（CaSO4）和煅烧石灰组成。M型膨胀水泥由波特兰水泥与高铝水泥和石膏（CaSO4）以合理的比例混合而成。S型膨胀水泥由普通波特兰水泥与大量的铝酸三钙（C3A）和石膏混合而成。

膨胀剂在日本虽然起步较晚，但发展较快。1962年，日本向美国购买K型膨胀水泥专利，并在此基础上开始研究硫铝酸钙膨胀剂（CSA）。硫铝酸钙膨胀剂是用石灰石、矾土和石膏煅烧而成的一种膨胀剂。其用法是在使用部门生产混凝土时直接加入，加入量是每立方米混凝土掺加CSA 25～30kg。1970年，日本小野田水泥公司又试制成功石灰型（CaO）膨胀剂。它是用石灰石、石膏和黏土做原料，经高温煅烧制成含有40%～50%的游离氧化钙的熟料，再粉磨至一定细度而成。到1976年这两种膨胀剂年产量约为5万吨，折算成膨胀水泥为40万～50万吨，大部分用于补偿收缩混凝土。1988年两种膨胀剂的产量增加到7万吨，用于补偿收缩混凝土和自应力混凝土的量相当。

日本在发展膨胀剂方面，无论是对产品性能、混凝土性能和应用技术的研究，还是产品生产及应用的技术水平，都代表着世界先进水平，对世界各国膨胀剂的发展产生重要的影响，为膨胀混凝土的广泛应用带来了生机。

3.8.1.2　国内膨胀剂研究概况

中国从20世纪50年代开始，在吴中伟教授带领下研究膨胀水泥混凝土，50年代末研制成功以高铝水泥为基础的石膏矾土膨胀水泥和以普通硅酸盐水泥为基础的硅酸盐膨胀水泥。1974年，中国建筑材料科学研究院游宝坤、邓慎操和陈全行等研制成功类似日本CSA的硫铝酸钙膨胀剂，与日本电融法的区别是，采用回转窑烧结法制成CSA熟料，粉磨至比表面积为2000～3000cm2/g而制成膨胀剂。1978年冶金部建筑研究总院研制出一种氧化钙类膨胀剂——脂膜石灰膨胀剂。1979年，江苏省建科所把矾土水泥与二水石膏按比例混合成膨胀剂进行推广使用，也即后来发展的M型膨胀剂。安徽省建科所在1979年成功研制了明矾石膨胀剂。它是用一定比例的天然明矾石和无水石膏共同粉磨而成的，已广泛推广使用。中国建材院于1985年先后研制了复合膨胀剂、铝酸钙膨胀剂、U型膨胀剂和硫铝酸盐膨胀剂，均通过了部级技术鉴定，并已投入生产应用。其中U型膨胀剂系列目前已广泛被工程界所应用。与此同时，同济大学研制成早强型硫铝酸盐膨胀剂。长江水利水电科学研究院与中国建材院联合研制了混凝土抗裂剂以解决大坝的冷缩裂缝。1985年南京化工学院研制了氧化镁膨胀剂应用于大坝混凝土。1990年山东省建筑科学研究院研制成功以明矾石和石膏为主要原料的PNC膨胀剂。1992年山东省建材研究院研制成功JEA膨胀剂，浙江工业大学研制出TEA膨胀剂，江西省建材院开发了HEA膨胀剂等，这些膨胀剂均属硫铝酸钙类，掺量为10%～12%。1993年中国建材院研制成功灌注桩膨胀剂，水泥中内掺20%～25%，可提高单桩承载力15%～30%。2006年中国建材院研制成功以氧化钙和硫铝酸钙为膨胀源的HCSA膨胀剂。2009年江苏省建筑科学研究院通过高活性氧化镁、低活性氧化镁以及氧化钙专用膨胀熟料复合调控，研制成功HME膨胀剂，可以分阶段补偿混凝土早期、中期和后期收缩。

1992年我国制定了《混凝土膨胀剂》（JC 476—1992）建材行业标准，统一了试验方法和技术指标，但对膨胀剂掺量和碱含量未作规定，标准水平较低，对质量较差的膨胀剂约束力不够。随着我国对混凝土碱-集料反应的重视，1998年对该标准进行了修订，规定膨胀剂的碱含量≤0.75%。标准检验时的内掺量不得大于12%。2001年对该标准进行第三次修订（JC 476—2001）。随着膨胀剂使用量的扩大，市场对膨胀剂的品质要求增加，2009年我国废除行业标准（JC 476—2001），颁布实施了新的《混凝土膨胀剂》GB 23439—2009国家标准。该标准按照限制膨胀率将膨胀剂分为Ⅰ型品（7d水养胶砂限制膨胀率≥0.025%）和Ⅱ型品（7d水养胶砂限制膨胀率≥0.050%），并将限制膨胀率规定为强制性指标。为了进一步规范膨胀剂的合理应用，2009年我国又同时制定了建材行业标准JGJ/T 178—2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》，从设计、施工、浇筑、养护及工程验收等方面对补偿收缩混凝土的使用进行了详细的规定。

3.8.2　膨胀剂的种类及膨胀机理

3.8.2.1　膨胀剂的种类

目前工程上使用的膨胀剂种类较多，依据它们的化学成分和膨胀原理的不同，可以分为以下几类。

① 硫铝酸钙类膨胀剂　此类膨胀剂与水泥熟料水化产物——氢氧化钙等反应生成水化硫铝酸钙即钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O）而产生体积膨胀。

② 氧化镁型膨胀剂　氧化镁水化生成氢氧化镁结晶（水镁石），体积可增加94%～124%，使混凝土产生体积膨胀。

③ 石灰系膨胀剂　以氧化钙水化生成的氢氧化钙为膨胀源，由石灰石、黏土、石膏做原料，在一定高温条件下煅烧、粉磨、混拌而成。

④ 铁粉系膨胀剂　在水泥水化时以Fe2O3形式为膨胀源，由Fe变成Fe（OH）3而产生体积膨胀。

⑤ 复合型膨胀剂　是指由膨胀剂与其他外加剂复合成具有除膨胀性能外还有其他外加及性能的复合外加剂。

3.8.2.2　膨胀剂膨胀机理及特性

（1）硫铝酸钙系膨胀剂膨胀机理与特性

硫铝酸钙系膨胀剂是目前工程中应用最广泛的硫铝酸盐型膨胀剂，其膨胀都是由膨胀剂中的化学成分与水泥中的化学成分发生反应生成钙矾石提供的。琼斯（F.E.Jones）研究了25℃下CaO-Al2O3-CaSO4-H2O系统，该系统中的四元化合物是钙矾石。它具有广泛的析晶范围，当液相中CaSO4饱和时，其平衡的CaO浓度可低至17.7mg/L；而当液相中CaO饱和时，其平衡的CaSO4浓度可低至14.6mg/L。因此，钙矾石可以在大多数含有CaO、Al2O3和CaSO4的水泥中形成。钙矾石的晶体约数微米，其体积为水化前化合物体积的2.5倍，可使水泥石结构致密，体积稍有膨胀，从而提高混凝土的抗裂和抗渗性。国内硫铝酸盐型膨胀剂研究最早，种类繁多，常见的有硫铝酸钙单组分膨胀剂、硫铝酸钙熟料-石灰膨胀剂、硅铝酸盐熟料-明矾石膨胀剂、硅铝酸盐熟料-氧化铝膨胀剂、明矾石膨胀剂、铝酸钙膨胀剂以及石灰-明矾石膨胀剂等。硫铝酸钙系膨胀剂与水泥熟料水化产物——氢氧化钙等反应生成水化硫铝酸钙即钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O），从而在混凝土中产生体积膨胀。对钙矾石产生的膨胀机理，主要存在两种理论：即结晶膨胀和胶体吸水肿胀。米哈依洛夫认为膨胀是由于钙矾石的晶体长大而产生晶体压力所致。Mehta认为，钙矾石的膨胀是由于其表面带电负性，胶状钙矾石比表面积极大及特殊的晶格结构，在饱和Ca（OH）2溶液中会吸附大量的水而肿胀，而不是钙矾石形成过程中产生膨胀。中国建材研究院认为，在硬化水泥浆体中因钙矾石相的形成引起膨胀，而通过液相形成的钙矾石相，其形成时的固相体积因外界水分的补充而增大，并因晶体交叉生长的结晶压力而相互排斥（在具有一定孔隙率的情况下）是引起膨胀的根本原因；所提供的膨胀值的大小与钙矾石的形态、数量、形成时间有关；硬化水泥浆体的结构、强度、自应力等性能，与凝胶相的形成特点、数量和硬化水泥浆体的限制条件有关。在钙矾石晶胞中，水分子的容积达55.53%，OH-水容积为25.63%，两者共为81.16%，由此可见钙矾石是一种高结晶水的水化物，如果仔细研究钙矾石柱状结构水的分布，发现它的表面是一层水的单分子层，因此由于钙矾石表面电性能的特殊而吸水膨胀是引起水泥石膨胀的原因。钙矾石的膨胀本质是结构水，即固相∶H2O=1∶1.25，也即体积增大25%。

① 硫铝酸钙单组分膨胀剂　硫铝酸钙单组分膨胀剂是广泛使用的单组分膨胀剂，由石灰、石膏和矾土经配料煅烧而成，其组分为：C4A3S占30%，CaSO4占50%，CaO占20%，以及少量的玻璃体。硫铝酸钙单组分膨胀剂的主要成分是CaO、SO3、Al2O3，它们与水泥的水化产物发生化学反应，形成钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O），它们基本上是按照下列化学反应方程式反应的：

3CaO·Al2O3+3Ca（OH）2+12H2O4CaO·Al2O3·13H2O

4CaO·Al2O3·13H2O+3（CaSO4·2H2O）+14H2O3CaO·Al2O3·13H2O·3CaSO4·32H2O+Ca（OH）2

（KAl2O3SO4）2（OH）6+13Ca（OH）2+5CaSO4+78H2O3（3CaO·Al2O3·13H2O·3CaSO4·32H2O）+2KOH

由于钙矾石与水泥的其他水化产物C-S-H、氢氧化钙等相比密度较小，与水化前的水泥、膨胀剂等无水矿物体积相比增加很多，在混凝土中可产生适度膨胀，抵消混凝土的干缩、化学减缩产生的拉应力，补偿体积收缩。

② 硫铝酸钙熟料-石灰石膨胀剂　硫铝酸钙熟料-石灰石膨胀剂是由铝土矿、石灰石、石膏为主要原料，在1300℃左右经煅烧后的粉磨产品，该膨胀剂产生钙矾石的反应为：

C4A3S+6Ca（OH）2+8CaSO4+96H2O3（C3A·3CaSO4·32H2O）

在混凝土中掺入一定量的硫铝酸钙熟料-石灰膨胀剂，混凝土在水化硬化过程中可产生一定数量的钙矾石而产生微膨胀。一方面可以弥补水泥水化时产生的体积减缩；另一方面在水泥水化产生一定强度后在混凝土内部结构中可产生一定的膨胀力，这种膨胀力是钢筋混凝土中的钢筋受拉，混凝土受压，利用混凝土的这部分压应力可以抵消因混凝土干缩、冷缩时产生的拉应力，利用此原理，补偿收缩混凝土结构在浇筑时分块长度增加1倍左右，同时钢筋混凝土的温度伸缩缝间距也可以大大增加。在硅酸盐水泥中掺入8%～12%的该膨胀剂可拌制成补偿收缩混凝土，内掺17%～25%可拌制成自应力混凝土。

③ 硅铝酸盐熟料-明矾石膨胀剂　硅铝酸盐熟料-明矾石膨胀剂一般是以硅铝酸盐为原料，煅烧成硅铝酸盐熟料，再加适量明矾石和石膏配成。硅铝酸盐熟料-明矾石膨胀剂产生膨胀的主要化学反应为：

C4A3S+6Ca（OH）2+8CaSO4+96H2O3（C3A·3CaSO4·32H2 O）

（KAl2O3SO4）2（OH）6+13Ca（OH）2+5CaSO4+78H2O3（C3A·3CaSO4·32H2O）+2KOH

C4A3S活性较高，在水化初期就生成钙矾石，产生膨胀。它与硫铝酸钙熟料-石灰膨胀剂的不同之处在于加入了明矾石，水泥在水化中期形成钙矾石，从而使强度的发展与膨胀协调，在较长一段时期具有补偿收缩的作用。在普通水泥内掺10%～12%可配制补偿收缩混凝土，内掺25%～30%可配制自应力混凝土。由于这种膨胀剂碱含量较高，目前应用较少。

④ 硅铝酸盐熟料-氧化铝膨胀剂　硅铝酸盐熟料-氧化铝膨胀剂的原材料主要以铝、硅为主要成分的黏土质材料、硬石膏及用以调节有关成分不足的辅料，该膨胀剂属于硫铝酸盐类混凝土膨胀剂，与水泥的水化产物Ca（OH）2及3CaO·Al2O3·13H2O等作用形成钙矾石（C3A·3CaSO4·32H2O），钙矾石不但能填充混凝土的孔隙，增加混凝土的密实度，提高抗渗抗裂作用，当掺量为10%～12%时，可使混凝土产生微膨胀。它与硅铝酸盐孰料-明矾石膨胀剂的不同之处在于不含明矾石，而明矾石碱含量较高，硅铝酸盐熟料-氧化铝膨胀剂含碱量低，一方面有利于抑制碱-集料反应；另一方面也可以减小混凝土的坍落度损失。其膨胀的主要化学反应式为：

Al2O3+3Ca（OH）2+3H2O3CaO·Al2O3·6H2O

3CaO·Al2O3·6H2O+3CaSO4+26H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

以上水化产物对水泥石的作用为水化硅酸钙提供强度，由于硅酸三钙水化快，它形成的产物主要为水泥混凝土提供早期强度，硅酸二钙水化速率较慢，它为水泥混凝土提供后期强度，水化铝酸三钙提供早期强度，在有石膏存在的条件下，它将与石膏作用形成含有大量结晶水的针状水化硫铝酸钙膨胀成分，这就要求混凝土养护时需要足够的水分。加入硅铝酸盐熟料-氧化铝膨胀剂后，膨胀剂中的活性氧化铝将与水泥水化产物氢氧化钙作用形成水化铝酸三钙，然后再与石膏作用，生成早强、具有致密作用的膨胀组分水化硫铝酸钙。

⑤ 明矾石膨胀剂　明矾石膨胀剂是利用天然明矾石为主要膨胀组分，掺入少量石膏，共同粉末而成，这种膨胀剂不经煅烧、节能，在自然条件下可存放两年不变质，使用方便，但是该膨胀剂碱含量较高，该膨胀剂主要的膨胀反应机理如下。

C3A+CaSO4+32H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

（KAl2O3SO4）2（OH）6+13Ca（OH）2+5CaSO4+78H2O3（C3A·3CaSO4·32H2O）+2KOH

钙矾石主要由膨胀剂和水泥中的硫酸根离子、铝离子和碱介质反应而成，硫酸根离子由膨胀剂中的CaSO4或CaSO4·2H2O提供，铝离子由3CaO·Al2O3和膨胀剂中的明矾石提供，钙离子和碱介质由水泥熟料水化提供。明矾石在碱-硫酸盐的激发下生成钙矾石产生体积膨胀，游宝坤等人的研究表明，明矾石水化生产钙矾石需要较长的时间，膨胀效应发挥较为缓慢，因此通常用来补偿混凝土中后期的收缩。

⑥ 铝酸钙膨胀剂　铝酸钙膨胀剂是一定比例的铝酸钙熟料、天然明矾石、石膏共同粉磨制成的膨胀剂，其主要的化学反应式为：

3CA+3CaSO4·2H2O+32H2O C3 A·3CaSO 4 ·32H 2 O+2（Al 2 O 3 ·H 2 O）

K2SO4·Al2（SO4）3·4Al（OH）3+13Ca（OH）2+5CaSO4+78H2O3（C3A·3CaSO4·32H2O）+2KOH

以上各种膨胀剂膨胀特点是：膨胀都是由最终反应产物中的钙矾石提供。钙矾石是由膨胀剂组分中的硫酸盐离子、铝离子以及钙离子、碱介质等生成的。其中，硫酸盐离子、铝离子可以由膨胀剂中的CaSO4或CaSO4·2H2O和膨胀剂中的明矾石提供，钙离子和碱介质由水泥熟料水化提供。在合理掺量范围内，该类膨胀剂的膨胀主要发生在混凝土浇筑后3～14d，以后趋于稳定，28d后几乎没有膨胀。在大体积混凝土弹性模量较低时，早期的膨胀只能在混凝土中产生较低的预压应力，不能补偿后期温度收缩变形。早期建立的预压应力只能抵消部分后期温度收缩产生的拉应力，延迟裂缝的发生时间和减小裂缝的发展程度。

（2）石灰系膨胀剂的膨胀机理及特性

石灰系膨胀剂最早由小野田公司研制成功，以石灰石、黏土和石膏作为原材料，其主要化学成分是氧化钙（部分结晶），水化时由氧化钙结晶转化为氢氧化钙结晶。但日本生产的这种膨胀熟料是采用石灰石经1400～1600℃高温煅烧而得，容易产生晶体结构致密无孔的过烧氧化钙，这种过烧氧化钙的反应活性低，水化反应持续时间长，且这种“延长膨胀”性能将有可能破坏水泥混凝土的结构，影响混凝土的耐久性。2006～2009年中国建材院和江苏省建筑科学研究院分别通过调整生料配比组成和烧成工艺等技术手段，在1200～1300℃低温条件下煅烧制备了氧化钙含量较高的专用膨胀熟料，如中国建材院的HCSA膨胀剂和江苏省建筑科学研究院的HME膨胀剂。

石灰系膨胀剂属煅烧氧化钙，石灰石（CaCO3）煅烧至800℃时开始分解逸出CO2，形成CaO晶体，其晶体结构随着煅烧温度的升高而趋于致密。关于CaO的水化膨胀，可通过物质转移理论与空隙体积增大理论解释。

① 当氧化钙与水拌和后，将发生两类物质的转移：一是水分子进入氧化钙颗粒内部与其反应生成氢氧化钙；二是水化反应生成的氢氧化钙向原来充水的空间转移。由于煅烧氧化钙内比表面积大，水化速率快，此时氢氧化钙的生成速率大于转移速率，氧化钙颗粒周围的氢氧化钙还没转移走，里面又生成大量的氢氧化钙，新的氢氧化钙冲破原来的反应层，使体系的宏观体积增大，产生膨胀。

② 煅烧氧化钙与水反应生成氢氧化钙固相体积增大92.92%，另外水化过程中，石灰颗粒分散，比表面积大，在分散的离子表面吸附水分子，由于被吸附的水分子具有某种固体的性质，因此可将吸附的水视作固相体积增大的部分，石灰颗粒表面的水化产物沉积使颗粒粒径变大，增大了水化后石灰颗粒的堆积空隙体积，固相体积与空隙体积的增大，超过了体系的化学减缩部分，体现为宏观体积的膨胀。由此可见氧化钙的煅烧温度与细度是决定其膨胀性能的决定因素。

其膨胀反应式为：

CaO+H2OCa（OH）2

体积比：　　　　16.8　　18　　33.2

体积几乎增加了1倍。

中国建材院赵顺增教授认为，以CaO为主要膨胀源的膨胀剂是今后膨胀剂的发展方向。这类膨胀剂由于原材料来源广、生产成本低、膨胀速率较快、膨胀效能比较大，对湿水养护的依赖程度相对较低，比较适合用于低水胶比的高性能混凝土。另外，氧化钙水化反应生成Ca（OH）2产生膨胀后，膨胀相Ca（OH）2可以进一步与高性能混凝土中掺合料所含的活性SiO2进行二次火山灰反应，生成C-S-H凝胶，对补充大掺量掺合料混凝土的Ca（OH）2，提高混凝土抗碳化性能具有重要的意义。

（3）氧化镁系膨胀剂的膨胀机理及特性

氧化镁系列膨胀剂通过与水反应生成膨胀组分氢氧化镁，而补偿混凝土的收缩。美国的P.K.Mehta提出在普通水泥中加入5%左右的氧化镁，氧化镁烧成温度为900～950℃，细度在300～1180μm，氧化镁产生的膨胀能补偿大体积混凝土温度收缩，他认为这种方法能解决大体积混凝土冷缩裂缝问题。

氧化镁型的膨胀剂由于方镁石在常温下的水化反应时间相对较长，膨胀效应发挥较慢，并且在温度升高的环境下水化反应加快，因此被用来补偿由于温度变化引起的收缩和后期收缩。氧化镁的晶格常数和表观密度随煅烧温度变化而变化，氧化镁的水化活性也取决于煅烧温度，随着煅烧温度提高和煅烧时间的延长，氧化镁的晶体结构趋于致密，表观密度趋于增大，水化反应活性趋于降低。这种类型的膨胀剂在我国目前主要应用于大坝混凝土之中。南京工业大学唐明述院士等自20世纪70年代起就对MgO水泥的化学机理作了长期的基础理论研究，通过测试和差热分析，表明在50℃的水中养护，28d有50%方镁石水化，肯定了混凝土自身体积变形大部分发生在龄期半年左右，半年后则趋于稳定。提出了MgO膨胀机理。

① 掺MgO水泥浆体的膨胀起因于Mg（OH）2晶体的生成和生长。Mg（OH）2晶体在局部区域内的生成，会使浆体产生膨胀。

② 膨胀值的大小主要取决于生成Mg（OH）2晶体所在的位置和Mg（OH）2晶体的尺寸。细小的聚集在MgO颗粒表面附近的Mg（OH）2能产生较大的膨胀值；粗大的分散在MgO颗粒周围较大区域内的Mg（OH）2晶体，引起的膨胀值则较小。

③ 膨胀的直接驱动力，来自于Mg（OH）2晶体的肿胀力和结晶压力。在水化早期，Mg（OH）2晶体很细小，浆体的膨胀主要起因于肿胀力；随着Mg（OH）2晶体的长大，晶体的结晶生长压力转变为膨胀的主要动力。

④ 氧化镁的水化反应与其反应时的温度有着密切的关系，温度越高，其水化反应速率越快，膨胀效能越大。

⑤ 普硅-粉煤灰浆体的低碱度孔隙液和多孔结构，使得部分Mg（OH）2晶体驱于往孔洞中生长，从而使Mg（OH）2晶体生长的空间增大。其共同作用的结果，导致矿渣和粉煤灰对MgO水泥浆体的膨胀产生抑制作用。

目前，我国的氧化镁膨胀剂主要用来补偿水工大体积混凝土的温度收缩，它属于煅烧方镁石，煅烧温度一般在800～1200℃之间，煅烧温度低时，形成的氧化镁晶格较大，并且晶格间存在较大的空隙和庞大的内比表面积，因此与水的反应面积大，反应速率快。提高煅烧温度或者延长煅烧时间，氧化镁的晶格尺寸减小，结晶粒子之间逐渐密实，大大延缓反应速率。另外，水化速率还与氧化镁的细度有关，700℃煅烧并磨细到一定细度的氧化镁，在常温下几分钟之内完全水化，1000℃煅烧的菱镁矿，在常温下水化程度达95%时要75d，由此可见，可通过控制煅烧温度和时间及细度等工艺参数，达到控制水化速率和膨胀速率的目的。

（4）铁粉系膨胀剂

铁粉系膨胀剂在日本和欧洲都有专利，我国也有研究，主要是利用铁屑和一些氧化剂、催化剂、分散剂混合而成，在水泥水化时以Fe2O3形式为膨胀源，其主要反应为：

Fe+RX2+H2OxFeX2+R（OH）2+H2

FeX2+R（OH）2+H2Fe（OH）2+RX2

式中，RX为离子型催化剂，由Fe变成Fe（OH）3而产生膨胀，目前这种膨胀剂用量很少，仅用于二次设备灌浆的有约束部位，如设备底座与混凝土基础之间的灌浆，已硬化混凝土的接缝等。

（5）复合型膨胀剂

复合型膨胀剂是指由膨胀剂与其他外加剂复合成，除具有除膨胀性能外，还有其他性能的复合外加剂，如有减水、早强、防冻、泵送、缓凝、引气等性能。有研究者认为，膨胀剂实际上是介于外加剂和掺合料之间的一种外加剂，它在成分、作用和掺量上更接近于水泥和掺合料，本身参与水化反应，其性能与其他外加剂是不同的。但是各种外加剂都有其使用的最佳适应条件，膨胀剂与其他外加剂复合可能会不相适应，导致影响膨胀剂的膨胀效果，发挥不了膨胀作用，如早强剂作用是加快早期水化速率，与膨胀剂复合，在水化初期，水泥水化加快，膨胀剂也要水化，可能造成几种成分相互争水，其结果可能抑制膨胀剂的膨胀，发挥不了膨胀作用，因此应根据工程的需要来选择使用哪些外加剂。

3.8.3　膨胀剂的应用范围

（1）补偿收缩混凝土

混凝土在凝结硬化过程中要产生大约相当于自身体积0.04%～0.06%的收缩，当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝，影响混凝土的耐久性，膨胀剂的作用就是在混凝土凝结硬化的初期产生一定的体积膨胀，补偿混凝土收缩，用膨胀剂产生的自应力来抵消收缩应力，从而保持混凝土体积稳定性，因此膨胀剂应是一种混凝土防裂、密实的好材料。特别是对大体积混凝土由于体积大，收缩应力也大，混凝土水化热造成的温差冷缩也严重，因此考虑用化学方法来补偿收缩是很必要的。补偿收缩混凝土主要用于地下、水中、海中、隧道等构筑物，大体积混凝土，配筋路面和板，屋面与厕浴间防水、构件补强、渗漏修补、预应力钢筋混凝土、回填槽等。

（2）自防水混凝土

许多混凝土有防水、抗渗要求，因此混凝土的结构自防水显得尤为重要，膨胀剂通常用来做混凝土结构自防水材料。用于地下防水、地下室、地铁等防水工程。

（3）自应力混凝土

混凝土在掺入膨胀剂后，除补偿收缩外，在限制条件下还保留一部分的膨胀应力形成自应力混凝土，自应力值在1.0～4.0MPa，在钢筋混凝土中形成预压应力。自应力混凝土可用于有压容器、水池、自应力管道、桥梁、预应力钢筋混凝土、预应力混凝土以及需要预应力的各种混凝土结构。

（4）抗裂防渗混凝土

主要用于坑道、井筒、隧道、涵洞等维护、支护结构混凝土，起到密实、防裂、抗渗的作用。

3.8.4　影响膨胀剂膨胀作用的因素

膨胀作用的发挥除了与膨胀剂本身的成分和作用有关外，还和水泥及混凝土膨胀的条件有关，膨胀剂的膨胀作用除了有大小不同之外，更重要的是合理发挥时间，膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一定的速率增长，才能发挥最佳效果。如果太早则因强度不够，或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力被吸收而发挥不出来，如果太迟又会因混凝土强度太高，膨胀作用发挥不出来或膨胀作用破坏已形成的结构，因此了解各种因素的影响，控制好膨胀剂的最佳膨胀作用时间与强度是收到良好效果的必要条件。

（1）水泥的影响

对硫铝酸盐膨胀剂来说，不同水泥其膨胀率不同，水泥的质量对水中养护、空气养护的膨胀率、抗压强度、抗折强度影响都不一样，主要与水泥中的熟料有关。

① 膨胀率随水泥中Al2O3、SO3含量的增加而增加

② 水泥品种影响膨胀率，矿渣水泥膨胀率大于粉煤灰水泥的膨胀率。

③ 水泥用量影响膨胀率，水泥用量越高，膨胀值越大。水泥用量越低，膨胀值低，日本规定掺膨胀剂的混凝土水泥用量不得低于290kg/m3，水泥强度等级低则膨胀值高，水泥强度等级高，则膨胀值低。

（2）养护条件的影响

养护条件对掺膨胀剂的混凝土非常重要，膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇筑的初期，一般14d以后其膨胀率则趋于稳定，这也是水泥水化的重要阶段，两者之间就有争水现象，如果养护不好就有可能出现：或者由于硫铝酸盐膨胀剂水化不充分形不成足够的膨胀值，或者由于膨胀速率大与水泥的水化速率不匹配，而影响强度的发展甚至膨胀力被尚具有塑性的混凝土吸收。

（3）温度、湿度的影响

温度变化不但影响膨胀剂的膨胀速率，还影响膨胀值，温度过高，混凝土坍落度损失快，极限膨胀值小，温度过低，膨胀速率减慢，极限膨胀值也减小。硫铝酸盐系膨胀剂、氧化钙系膨胀剂及氧化镁系膨胀剂均具有温度敏感性。

湿度也很重要，膨胀剂的反应离不开水，尤其是硫铝酸盐系膨胀剂，因为生成钙矾石需要大量的水，钙矾石分子中有32个水分子，更需要大湿度的环境。尤其是混凝土浇筑的早期，钙矾石如果湿度不够，延长养护时间也难达到极限膨胀值。

掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土在干燥状态下，均会引起自身的体积收缩，但如果恢复到潮湿环境或浸入水中，掺膨胀剂的混凝土重新恢复膨胀，因收缩产生的裂纹可能重新恢复原状，这就是膨胀混凝土的自愈作用。而普通混凝土的干缩是不可逆的，这种性能对掺膨胀剂的混凝土的防水、防渗作用是非常有利的。

（4）混凝土配筋率的影响

膨胀混凝土的膨胀应力与限制条件有关，在钢筋混凝土中配筋率为主要的限制条件，配筋率过低虽然膨胀变形大，但自应力值不高；配筋率过高，膨胀率小，自应力值也不高，而且不经济。一般当配筋率在0.2%～1.5%范围内，钢筋混凝土的自应力值随配筋率的增加而增加。

（5）水灰比对膨胀作用的影响

水灰比的影响主要归根于混凝土强度发展历程与膨胀剂膨胀发展历程的匹配关系。水灰比较小时，混凝土早期强度高，高强度会限制约束膨胀的发挥，从而减低膨胀效能；水灰比较大时，混凝土早期强度发展缓慢，膨胀剂产生的膨胀会由于没有足够的强度骨架约束而衰减，从而降低有效膨胀。另外，高水灰比水泥浆体的孔隙率也高，这时会有相当一部分膨胀性水化产物填充孔隙，也会降低有效膨胀。

（6）矿物掺合料对膨胀剂的影响

在混凝土中掺入一定量的某些低钙矿物掺合料，如磨细矿渣、粉煤灰等，对任何原因例如过量SO3、碱土集料反应等引起的膨胀都有抑制作用，但是有些矿物掺合料对膨胀剂的膨胀会产生抑制作用，矿物掺合料对膨胀抑制作用不仅与其掺量有关，还与SO3水平有关，也就是说，也与膨胀剂和水泥的组分有关，不同矿物掺合料对膨胀剂的膨胀作用影响规律是不同的。掺用大量矿物掺合料的高性能混凝土的推广应用是混凝土发展的必然趋势，赵顺增教授认为在大掺量掺合料的高性能混凝土中，氧化钙类膨胀剂具有更优异的性能，因为氧化钙水化反应生成Ca（OH）2产生膨胀后，膨胀相Ca（OH）2可以进一步与掺合料所含的活性SiO2进行二次火山灰反应，生成C-S-H凝胶，有利于解决大掺量掺合料混凝土的“贫钙”现象，提高混凝土抗碳化性能。

（7）约束条件对膨胀作用的影响

对于水泥混凝土，无约束的自由收缩不会引起开裂，有约束的收缩在内部产生拉应力，达到某值时必然会引起开裂，而无约束的自由膨胀使混凝土内部疏松，甚至开裂，约束下的膨胀则使混凝土内部紧密，补偿混凝土收缩。掺加膨胀剂的作用是利用约束下的膨胀变形来补偿收缩变形，将早期膨胀与结束湿养护后的收缩相叠加，使混凝土中不产生出现拉应力的负变形，则裂缝完全被防止。因此不能只从砂浆和混凝土自由膨胀和收缩来讨论裂缝的防治，必须考虑约束条件，约束必须恰当：约束太小，产生过大的膨胀，削弱混凝土的强度，甚至开裂，约束太大，膨胀率太小，不足以补偿收缩。

（8）大体积混凝土中温升的影响

掺入膨胀剂的混凝土的膨胀、收缩性质是在养护温度为17～23℃条件下测定的，混凝土强度提高，水泥用量增大，大体积混凝土温度升高，掺入膨胀剂后，尽管取代部分水泥，但不会降低混凝土的温升，混凝土内部温度在高可达70℃以上，硫铝酸盐系膨胀剂的水化产物为钙矾石，在温度为65℃时开始脱水分解，水泥浆体中钙矾石形成受到限制，早期未参与反应的铝、硫成分，或水化初期生成钙矾石，又与水化温升而脱水以致分解，在混凝土使用期间的合适条件下，重新生成钙矾石，即二次钙矾石，二次钙矾石的膨胀与混凝土强度发展不协调，不能达到混凝土补偿收缩的目的，还会造成混凝土结构的劣化。因此，在大体积混凝土中，一般不宜用硫铝酸盐系膨胀剂，而应选用氧化镁系膨胀剂。

（9）施工对膨胀作用的影响

① 混凝土搅拌对膨胀作用的影响　掺膨胀剂后，由于膨胀剂在混凝土中分布不均匀，必然会因膨胀不均造成局部膨胀开裂，因此应控制搅拌时间使膨胀剂在混凝土中分散均匀。

② 后期养护对膨胀作用的影响　膨胀剂的持续水化离不开水的供给，保持充分的水养护是水泥水化和膨胀剂水化反应的保证。一旦混凝土硬化早期没有及时浇水，自由水蒸发后，水泥水化使混凝土内部毛细孔被切断，再恢复浇水，水进不到内部，得不到应有的膨胀，就会造成较大的自收缩，在施工过程中应加强混凝土的后期养护。

（10）膨胀剂的品质对混凝土的影响

① 组成与细度　膨胀剂的组成是决定膨胀剂作用的关键因素，以硫铝酸盐膨胀剂为例，其膨胀源为钙矾石，生成钙矾石的速率和数量主要受氧化铝和三氧化硫含量的影响，其中三氧化硫起主要作用，硫铝酸盐膨胀剂中三氧化硫含量的高低可以决定掺量大小。而石灰系膨胀剂和氧化镁型膨胀剂的膨胀性能则分别取决于氧化钙和氧化镁含量多少。

膨胀剂的细度会影响膨胀性能大小，硫铝酸盐系膨胀剂细度越小，比表面积越大，化学反应速率越快，从而影响钙矾石的生成速率和数量；氧化钙类膨胀剂颗粒越粗，膨胀越大，膨胀稳定期也越长，比较理想的粒径范围是30～100μm。

② 掺量　混凝土的自由膨胀率随着膨胀剂的掺量而增加。

③ 膨胀剂的贮存　膨胀剂在生产过程中经过高温煅烧，其中的水泥组分如硫铝酸盐熟料、铝酸盐熟料、生石灰等遇水容易受潮而影响其膨胀性能，因此，膨胀剂的贮存期不宜过长，更不可露天存放。

3.8.5　膨胀剂的选用

由于膨胀剂的种类不同，膨胀源产生的机理也有所不同，因此应根据工程的性质、工程部位及工程要求选择合适的膨胀剂品种，并经检验各项指标符合标准要求后方可使用。同时，根据补偿收缩或自应力混凝土的不同用途，进行限制膨胀率、有效膨胀能或最大自应力设计，通过试验找出膨胀剂的最佳掺量。

选择膨胀剂时还要考虑与水泥和其他外加剂的相容性。水泥水化速率对混凝土强度和膨胀值的影响较大，若与其他外加剂复合使用时，可能会导致混凝土的膨胀值降低，坍落度经时损失快，如果没有适当的限制，也可能会导致混凝土强度的降低。因此，膨胀剂与其他外加剂复合使用前应进行试验验证。例如钙矾石类混凝土膨胀剂的使用限制条件应注意如下几个方面。

① 暴露在大气中有抗冻和防水要求的重要结构混凝土，在选择混凝土膨胀剂时一定要慎重。尤其是露天使用有干湿交替作用，并能受到雨雪侵蚀或冻融循环作用的结构混凝土，一般不应选用钙矾石类混凝土膨胀剂。

② 地下水（软水）丰富且流动的区域的基础混凝土，尤其是地下室的自防水混凝土，一般也不应单独选用钙矾石类膨胀剂作为混凝土自防水的主要措施，最好选用混凝土防水剂配制的混凝土。

③ 潮湿条件下使用的混凝土，如集料中含有能引发混凝土碱-集料反应（AAR）的无定形SiO2时，应结合所用水泥的碱含量的情况，选用低碱的混凝土膨胀剂。

④ 混凝土膨胀剂在使用前必须根据所用的水泥、外加剂、矿物掺合料，通过试验确定合适的掺量，以确保达到预期的限制膨胀的效果，这一点非常重要。

膨胀剂的主要功能是补偿混凝土硬化过程中的干缩和冷缩，可用于各种抗裂防渗混凝土，由于膨胀剂的膨胀源不同，各有优缺点，膨胀相的物化性能不同，决定了它的适用范围。

选用膨胀剂时，首先检验它是否达到《混凝土膨胀剂》GB 23439—2009标准要求，主要是水中7d限制膨胀率大小。对于重大工程，应到膨胀剂厂家考察，在库房随机抽样检测，防止假冒伪劣膨胀剂流入市场，膨胀剂都应通过检测单位检验合格后才能使用。

我国膨胀剂主要由三种类型：硫铝酸钙类、氧化钙-硫铝酸钙类和氧化钙类。硫铝酸钙类膨胀剂是目前国内外生产应用最多的膨胀剂，但由于低水胶比大掺合料高性能混凝土的广泛应用，氧化钙类膨胀剂由于水化需水量小对湿养护要求低，将成为膨胀剂的未来发展方向。

氧化镁膨胀剂水化较慢，在环境40～60℃中，MgO水化为Mg（OH）2的膨胀速率大大加快，经1～2个月膨胀基本稳定，因此它只适用于大坝岩基回填的大体积混凝土，如果用于常温使用的工民建混凝土工程，则需要选用低温煅烧的高活性MgO膨胀剂。

不同品种膨胀剂及其碱含量有所不同，因此在大体积水工混凝土和地下混凝土工程中，必须严格控制水泥的碱含量，控制混凝土中总的碱含量不大于3kg/m3，对于重要工程小于1.8kg/m3，可避免碱-集料反应的发生。

对于不同工程，因选用适宜的膨胀剂，以达到补偿收缩的目的。

3.8.6　膨胀剂使用的注意事项

① 工地或搅拌站不按混凝土配比掺入足够的混凝土膨胀剂是普遍存在的现象，造成浇筑的混凝土的膨胀效能低，不能补偿收缩，因此，必须加强管理，确保膨胀剂掺量的准确性。

② 粉状膨胀剂应与混凝土其他原材料一起投入搅拌机，现场拌制的混凝土要比普通混凝土延长30s。以保证膨胀剂与水泥、减水剂拌和均匀，提高匀质性。

③ 混凝土的布料和振捣要按施工规范进行。在计划浇筑区段内连续浇筑混凝土，不宜中断，掺膨胀剂的混凝土浇筑方法和技术要求与普通混凝土基本相同：振捣必须密实，不得漏振、欠振和过振。在混凝土终凝之前，采用机械或人工多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生。

④ 膨胀混凝土要进行充分的湿养护才能更好地发挥膨胀效应，必须重视养护工作。潮湿养护条件是确保掺膨胀剂混凝土膨胀性能的关键因素。因为在潮湿环境下，水分不会很快蒸发，钙矾石等膨胀源可以不断生成，从而使水泥石结构逐渐致密，不断补偿混凝土的收缩。因此施工中必须采取相应措施，保证混凝土潮湿养护时间不少于14d。基础底板易养护，一般用麻袋或草席覆盖，定期浇水养护；能蓄水养护最好。墙体等立面结构，受外界温度、湿度影响较大，易发生纵向裂缝。实践表明，混凝土浇筑完后3～4d水化温升最高，而抗拉强度很低，因此不宜早拆模板，应采用保温性能较好的胶合板，减少墙内外的温差应力，从而减少裂缝。墙体浇筑完后，从顶部设水管慢慢喷淋养护。冬期施工不能浇水，并应注意保温养护。

⑤ 混凝土最好采用木模板，以利于墙体的保温。侧墙混凝土浇筑完毕，1d后可松动模板支撑螺栓，并从上部不断浇水。由于混凝土最高温升在3d前后，为减少混凝土内外温差应力，减缓混凝土因水分蒸发产生的干缩应力，墙体应在5d后拆模板，以利于墙体的保温、保湿。拆模后派人连续不断地浇水3d，再间歇淋水养护浇至14d。混凝土未达到足够强度以前，严禁敲打或振动钢筋，以防产生渗水通道。

⑥ 边墙出现裂缝是一个难题，施工中应要求混凝土振捣密实、匀质。有的单位为加快施工进度，浇筑混凝土1～2d内就拆模板，其实这时混凝土的水化热升温最高，早拆模板造成散热快，增加了墙内外温差，易于出现温差裂缝。施工实践证明，墙体宜用保湿较好的胶合板制模，混凝土浇完后，在顶部设水管慢淋养护，墙体宜在第5天拆模，然后尽快用麻包片贴墙并喷水养护，保湿养护10～14d。

⑦ 即使用补偿收缩混凝土浇筑墙体，也要以30～40m分段浇筑。每段之间设2m宽膨胀加强带，并设钢板止水片，可在28d后用大膨胀混凝土回填，养护不小于14d。底板宜用蓄水养护，冬季施工要用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护；楼板宜用湿麻袋覆盖养护。

⑧ 即使采取各种措施，尤其C40以上混凝土，墙体也难免不出现裂缝，有的1～2d拆模板后就发现有裂缝，这是混凝土内外温差引起的，要设法降低水泥用量，减少混凝土早期水化热。由于膨胀剂在1～3d时膨胀效能还没充分发挥出来，有时难以完全补偿温差收缩，但是膨胀剂可以防止和减少裂缝数量，减小裂缝宽度。裂缝修补原则：小于0.2mm，裂缝不用修补。大于0.2mm非贯穿裂缝，可以凿开30～50mm，用掺膨胀剂水泥砂浆修补。对于贯穿裂缝可用化学灌浆修补。为防止地下水有害离子对墙体的侵蚀，并弥补缺陷，建议在侧墙外壁上用可湿作业的聚合物水泥基防水涂料做一层防水保护层。

⑨ 混凝土浇筑完后，建筑物进入使用阶段，有些单位不注意维护保养，在竣工之前就出现裂缝，这是气温和湿度变化引起的，因此，地下室完成后，要及时复土，楼层尽快做墙体维护结构，屋面要尽快做防水保温层。

3.8.7　膨胀剂对混凝土性能的影响

在混凝土中加入膨胀剂，由于膨胀组分与水泥组分在水化中的相互作用，无论是新拌混凝土还是硬化后的混凝土，其性能都会发生相应的变化。对于新拌混凝土，其坍落度、含气量、黏聚性、凝结时间都会发生变化，对于硬化后的混凝土，其抗压强度、抗渗指标、抗冻性也会受到影响，另外，不同的膨胀剂对于混凝土的性能也不同。

3.8.7.1　膨胀剂对新拌混凝土的影响

（1）流动性

掺入混凝土膨胀剂的混凝土，其流动性均有不同程度的降低，在相同坍落度时，掺混凝土的水胶比要大，混凝土的坍落度损失也会增加，这是因为水泥与混凝土膨胀剂同时水化，在水化过程中出现争水现象，使混凝土坍落度减小的同时，坍落度损失增大。

（2）泌水率

掺入膨胀剂的混凝土的泌水率要比不掺混凝土膨胀剂的泌水率要低，但是不是十分明显。

（3）凝结时间

掺入硫铝酸盐系膨胀剂后，会使凝结时间缩短，原因是膨胀剂中早期生成的钙矾石加快了水化速率。

3.8.7.2　膨胀剂对硬化混凝土的影响

（1）强度

混凝土的早期强度随膨胀剂掺量的增加而有所下降，但后期强度增长较快，养护条件好的时候，混凝土密实度增加，混凝土抗压强度会超过不掺膨胀剂的混凝土，但当膨胀剂掺量过多，强度出现下降。这是由于膨胀剂掺量过多，混凝土自由膨胀率过大，因而强度出现下降，在限制条件下，许多研究表明混凝土强度不但不下降，反而得到一定的提高，实际工程中混凝土都受到不同程度的限制，所以工程上的混凝土强度应该更高。

（2）抗渗型

膨胀剂水化过程中，体积会发生膨胀，生成大于本来体积的水化产物，如钙矾石，它是一种针状晶体，随着水泥水化的进行，钙矾石柱逐渐在水泥中搭接，形成网状结构，由于阻塞水泥石中的缝隙，切断毛细管通道，使结构更加密实，极大地降低了渗透系数，提高了抗渗性能。

（3）抗冻性

由于掺入了膨胀剂，混凝土的裂缝大大减少，增加了混凝土的密实性，混凝土的抗冻性得到了很大改善，同时大大提高了混凝土的耐久性。

（4）补偿收缩与抗裂性能

膨胀剂应用到混凝土中，旨在防止开裂，提高其抗渗性。在硬化初期有微膨胀现象，会导入0.2～0.7MPa的自应力，这种微膨胀效应在14d左右就基本稳定，混凝土初期的膨胀效应延迟了混凝土收缩的过程。一方面由于后期混凝土强度的提高，抵抗拉应力的能力得到了增强；另一方面，由于补偿收缩作用，使得混凝土的收缩大大减小，裂纹产生的可能性降低，起到增加防裂性能。

3.8.8　膨胀剂应用中存在的问题

尽管我国膨胀剂的研制开发及应用取得了显著的成绩，但随着膨胀剂工程的增多，使用范围不断扩大，不成功的例子也随之增加。目前膨胀剂在使用中出现的主要问题如下。

（1）其他外加剂对膨胀剂膨胀效能的影响

近年来商品混凝土发展及应用迅速，我国1999年的商品混凝土生产量约为5400万立方米，2005年的产量接近3亿立方米，在这众多商品混凝土的应用中几乎没有不掺加化学外加剂的混凝土。化学外加剂推动了高强、高性能混凝土的发展，对混凝土的各种性能起到很大的改善作用，但是，在高性能混凝土中应用化学外加剂也带来了一定的负面效应。研究表明，在混凝土配合比相同的情况下，掺入减水剂的坍落度可增加100～150mm，但是它与基准混凝土的收缩值相比，却增加110%～130%。例如过去干硬性及预制混凝土的收缩变形为（4～6）×1，而现在泵送混凝土收缩变形为（6～8）×10-4。《混凝土外加剂》规范GB 8076—2008规定，掺减水剂的混凝土与基准混凝土的收缩比应≤135%。研究还表明，掺入不同类型外加剂混凝土的收缩比是不相同的。这说明商品混凝土浇筑的结构开裂概率大，与外加剂带来的负面影响有很大的关系。

不同种类的外加剂与膨胀剂复合使用时会对膨胀剂的膨胀效能产生不同的影响。李乃珍学者对混凝土膨胀剂与减水剂的适应性进行了初步研究，研究结果表明：萘系高效减水剂在低水灰比、干燥空气中的膨胀砂浆或膨胀混凝土中均使收缩增大，从而削弱了膨胀剂的补偿收缩效果。其他种类的外加剂对膨胀剂效能有怎样的影响，目前国内外这方面的研究资料还很少见到。

泵送剂是商品混凝土应用的基础，常为两组分或更多品种外加剂的复合，具有高效减水、缓凝、引气、大幅度提高混凝土的流动性等多种功能。当泵送剂与膨胀剂复合应用时，问题将变得十分复杂。我国膨胀剂限制膨胀试验是采用国家标准GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》中的“混凝土膨胀剂的限制膨胀率试验方法”进行测定的，制作40mm×40mm×140mm砂浆棒，由ϕ4mm×140mm的纵向钢筋和两块39.5mm×39.5mm×4mm的钢板焊接制成的纵向限制器对砂浆施加纵向限制力，其钢筋配筋率为0.785%，而在实际工程应用中，建筑物中的高性能混凝土都处于诸如钢筋、模板、基底以及相邻部位的约束下，其约束条件与实验室所用纵向限制器的约束存在很大差异，且商品混凝土中掺入的泵送剂的不同组分对膨胀剂效能的发挥也有一定的影响，这其中涉及以下几个方面：

① 减水剂品种、掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及对补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；

② 缓凝剂品种、掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及对补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；

③ 引气剂品种、掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及对补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；

④ 减水剂与缓凝剂复掺时，各组分的品种及掺量的改变，对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响；

⑤ 减水剂、缓凝剂与引气剂复掺时，各组分的品种及掺量的改变对膨胀剂限制膨胀率、自由膨胀率以及补偿收缩混凝土或膨胀剂胶砂强度效能的影响。

由于以上因素的影响，在某些掺入合格膨胀剂的大体积混凝土、补偿收缩混凝土或高性能混凝土中仍会出现裂缝问题。所以研究其他外加剂对膨胀剂膨胀效能的影响具有重要的实际意义。

（2）其他外加剂与膨胀剂相容性问题

有人认为相容性不仅仅指外加剂与水泥的适应性，更广泛的还应包括外加剂与外加剂之间的适应性。随着混凝土技术的发展，两种或多种外加剂在混凝土中复合使用已经不可避免。现在很多高性能混凝土、补偿收缩混凝土以及预应力混凝土中都将膨胀剂与其他外加剂复合使用。因而，膨胀剂与其他外加剂复合使用时，它们之间的相容性（有学者称之为适应性）已受到众多学者、机构的关注。如复掺减水剂与膨胀剂，保持流动度不变的情况下可能会导致混凝土坍落度经时损失快、凝结速率快等问题；补偿收缩混凝土中复掺减水剂、缓凝剂后可能会引起混凝土泌水、长时间不凝等问题。

（3）水胶比变化带来的问题

高强和高性能混凝土的推广，使得混凝土的水胶比降低，混凝土中的自由水随水胶比的降低而减少，当掺有硫铝酸盐膨胀剂时，膨胀剂中的CaSO4的溶出量随自由水的减少而减少。因此当水胶比很低时，硫铝酸盐系膨胀剂参与水化而产生膨胀的组分数量会受到影响，而早期未参与水化的膨胀剂组分在合适的条件下可能生成二次钙矾石，破坏混凝土的结构。因此对于低水胶比的混凝土，应选用水化需水量较小的氧化钙类膨胀剂。

（4）大体积混凝土中的温升问题

混凝土强度的提高，流动性增大，使得水泥用量增多，大体积混凝土中温升增高。当硫铝酸盐系膨胀剂取代等量的水泥时，由于含铝相组分和石膏的水化热较大，并不会降低混凝土的温升，反而可能使混凝土温升有所提高。如果施工中控制不当，硫铝酸盐系膨胀剂产生的膨胀应力不足以补偿温差应力时，会发生开裂。另外钙矾石在70℃左右会分解成单硫型水化硫铝酸钙。当温度降下以后，在适当的条件下又会形成钙矾石，产生膨胀，从而引起混凝土的开裂。因此对于大体积混凝土，应选用氧化镁系膨胀剂。

（5）掺膨胀剂混凝土的耐久性问题

研究表明，水泥石中形成的钙矾石抗碳化能力弱，钙矾石含量高时，混凝土抗碳化性能将降低。混凝土碳化将打破水泥水化产物稳定存在的平衡条件，使高碱性环境中稳定存在的水化产物转化为胶体物质，使混凝土结构承载能力大幅度下降，同时，碳化还将显著增加混凝土的收缩，使混凝土产生微细裂缝，而微细裂缝又降低了混凝土的密实性，导致混凝土的耐久性下降。氧化钙类膨胀剂水化产生的膨胀相Ca（OH）2，可以增强混凝土抗碳化性能。