本文采用的混凝土膨胀剂DE_0-500的膨胀源为钙矾石C₃A·3CaSO₄·32H₂O（AFt），属硫铝酸钙类膨胀剂，是以工业废渣粉煤灰和磷石膏为原料，基于水化物脱水相的技术制备而成的^[3]，。在原料来源和生产能耗上具有很大的经济优势，而且能有效利用工业废弃物，减少环境污染，适合循环经济的发展和可持续发展的理念。

按照混凝土标准（JC476-2001），通过作膨胀剂相关性能试验，检验了混凝土膨胀剂DE_0-500的性能，参照《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ500119）的要求，结果表明：所配制的膨胀剂DE_0-500可用于配制补偿收缩混凝土，适用于对限制膨胀率要求较低的配筋路面、底板、楼板等一般结构。

试验原料：水泥是三河市燕郊新型建材有限公司出产的钻牌P.O.42.5普通硅酸盐水泥；膨胀剂用本试验所配制的混凝土膨胀剂DE_0-500和中岩公司产UEA膨胀剂；砂选用厦门艾思欧标准砂有限公司出品的中国ISO标准砂；拌合水是北京自来水。试验设备：HJ-84型混凝土加速养护箱水泥胶砂搅拌机（ISO-679）、振动台、GB/T17671-40A型水泥标准养护箱、砂浆用ISOBY-160型比长仪、DKZ-5000型电动抗折试验机、ISO水泥胶砂三联试模、纵向限制器等

根据中国建材行业标准，确定混凝土膨胀剂的掺量为12%；为了比较所制膨胀剂的膨胀效果，还设计制作了掺加中岩公司产UEA膨胀剂的试体和不掺膨胀剂的普通硅酸盐水泥胶砂试体。膨胀剂的掺量为12%。每成型三条试体需称量的材料及用量如表1。

 

	序号	水泥	膨胀剂	标准砂	拌合水
限制膨胀率	1	457.6	62.4 (DE0-500)	1040	208
	2	457.6	62.4 (UEA)	1040	208
	3	520	0	1040	208
强度	1	396	54(DE0-500)	1350	225
	2	396	54(UEA)	1350	225
	3	450	0	1350	225

 

根据国家建材行业标准《混凝土膨胀剂》(JC476-2001)的具体要求和检测方法，作水泥胶砂限制膨胀率和强度试验，水泥胶砂试体成型时的实验室温度为15℃，养护池水温为19℃。水泥胶砂搅拌、试体成型参照GB/T17671的规定进行。脱模时间定为胶砂成型后24h脱模。

    按照混凝土标准《混凝土膨胀剂》(JC476-2001)的规定进行试验，得到水泥胶砂7d和28d养护龄期的限制膨胀率和抗压与抗折强度的试验结果。为了更深入地研究所制备的膨胀剂的性能，更能将膨胀剂的膨胀性能量化，参考相关文献，本文还引用了相对膨胀落差与补偿效率的概念^[4]。得到的试验计算结果如表2所示。

 

 

 

项  目	序号	水中7d	水中28d	空气中21d	21d相对膨胀落差（%）	21d补偿效率（%）
限制膨胀率 （%）	1	0.035	0.058	0.014	60	167
	2	0.042	0.112	0.035	16.7	267
	3	0.002	-0.003	-0.021	1600	-
强度（MPa）	1	24.2（抗压） 4.2 （抗折）	51.4（抗压） 9.2 （抗折）	-	-	-
	2	19.1（抗压）3.6 （抗折）	24.7（抗压） 4.2 （抗折）	-	-	-
	3	36.6（抗压） 7.7 （抗折）	53.5（抗压） 9.6 （抗折）	-	-	-

 

从表2中可以看出：未掺加膨胀剂的3^#水泥胶砂试体在水中前期（1d-7d）膨胀量很微小，后期（7d-28d）还有少量收缩。掺加12%不同膨胀剂后的1^#和2^#胶砂试体均有显著的膨胀效果，7d限制膨胀率分别达到0.035%和0.042%，28d限制膨胀率达到0.058%和0.112%。同掺量的DE_0-500的1^#试体膨胀速率和膨胀值低于于掺UEA的2^#试体，说明中岩公司产的UEA膨胀剂具有很高的膨胀性能。这主要是因为一方面试验中膨胀剂UEA的掺量高于其最佳掺量，另一方面所制膨胀剂DE_0-500中含铝量偏低，提供不了过多的膨胀能。尽管如此，膨胀剂DE_0-500仍能满足《混凝土膨胀剂》(JC476-2001)规定：膨胀剂在水中养护，水泥胶砂的限制膨胀率7d要大于0.025%,28d要小于0.10%。

7d后在干空养护中3^#试体收缩速度迅速增加，限制膨胀率从0.002%降至-0.021%。而掺加12%膨胀剂DE_0-500的2^#试体有明显的补偿收缩效果，干空21d限制膨胀率仍能达到0.014%，满足空气中21d限制膨胀率大于-0.020%的要求。掺12%中岩公司产UEA膨胀剂的2^#试体补偿收缩效果明显好于其1^#试体，在干空中养护限制膨胀率损失很少。

膨胀剂DE_0-500空气中21d的相对膨胀落差为60%，补偿效率为167%，符合落差小，补偿效率高的要求。掺加DE_0-500的膨胀混凝土在1-7d养护期间的膨胀率可以发挥至70%-80%，可以补偿水泥水化热产生的冷缩和自生收缩，7-28d的膨胀率占20%-30%，可以补偿混凝土的干缩^[5]。

掺加膨胀剂DE_0-500的1^#试体7d的抗压强度为24.2MPa，抗折强度为4.2 MPa，符合《混凝土膨胀剂》(JC476-2001)的规定：抗压强度≥20 MPa，抗折强度≥3.5MPa。28d后抗压强度增长至51.4 MPa≥40MPa，抗折强度增长至9.2 MPa≥5.5MPa，也能达到标准要求。

掺加UEA的2^#试体由于掺量问题造成的膨胀量过大，对水泥胶砂的强度造成了较大的不利影响，强度降低较大。一般来说，自由强度在同混凝土配合比条件下，随膨胀剂内掺量的提高而降低^[6]，在适当降低掺量的后，一定会达到标准的要求。

掺加膨胀剂后，膨胀剂对水泥强度会有一定的影响，在所用水泥符合标准规定的情况下，7d强度值一般比水泥都低，28d强度值与水泥持平较好^[6]。从上述分析可知，说明所制备的膨胀剂将在混凝土后期强度发展上能做出贡献，一定能在提高混凝土的性能中起到积极的作用。

试验原料：水泥：三河市燕郊新型建材有限公司出产的钻牌P.O.42.5普通硅酸盐水泥；砂：中砂，细度模数M_x为2.48；石子：碎石，规格为10mm-30mm；拌合水：北京自来水；膨胀剂：本试验配制的膨胀剂DE_0-500和中岩公司产UEA膨胀剂。试验设备：GB/T17671-40A型水泥标准养护箱、WES数显液压万能试验机、振动台、100mm×100mm×100mm三联混凝土试模、捣棒、镘刀、铁铲等。

试验选用DE_0-500、UEA做混凝土抗压强度试验。每配制三块C₃₀混凝土试块所需原料量见表3。

序号	水泥	膨胀剂	石子	砂	拌合水
1	1154.7	157.5 (DE0-500)	4395.9	2165.1	656.1
2	1207.2	105.0 (UEA)	4395.9	2165.1	656.1
3	1312.2	0	4395.9	2165.1	656.1

 

膨胀剂DE_0-500的内掺量为12%，UEA内掺量为8%，混凝土试块的具体制备过程和抗压强度试验的具体操作过程参见《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081进行。混凝土的抗压强度值以150mm×150mm×150mm试件的抗压强度值为标准值，用其它尺寸试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值对100mm×100mm×100mm试件为0.95。换算后的试验结果为：经28d标准养护后，1^#的抗压强度为34.88 MPa，2^#的抗压强度为23.29 MPa，3^#的抗压强度为34.79MPa。

从所得的试验结果可以看出，当混凝土中加入制备的膨胀剂DE_0-500后，混凝土试块的抗压强度在28d时已经与不掺膨胀剂的普通混凝土试块十分接近。掺DE_0-500的1^#试块28d抗压强度比不掺膨胀剂的普通混凝土3^#试块高0.3%，能达到30MPa以上，满足《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ500119）中28d抗压强度≥25MPa的要求；而掺8%UEA的2^#混凝土试块28d抗压强度小于25MPa，与3^#试块相比减少11.5MPa，强度损失约33%，所以本试验制备的膨胀剂DE_0-500与其它膨胀剂相比在后期强度上占有优势，具有膨胀率适中和后期强度损失小的特点。

根据专家分析：水泥胶砂水中7d限制膨胀率≥2.5×10^-4是产品标准最低要求，选用时应将该标准定为>3.0×10^-4，这样，使用相同取代胶凝材料率制备的C₃₀～C₄₀补偿收缩混凝土的水中14d限制膨胀率才可能达到1.5×10^-4以上。干空中21d限制干缩率≤2.0×10^-4是产品标准最低要求，直接反映了干缩程度与膨胀落差，代表了保留自应力值水平，该值越低越好，一般应≤1.0×10^-4[6]。从水泥胶砂限制膨胀率试验推算出掺DE_0-500混凝土水中14d限制膨胀率为1.5×10^-4～1.8×10^-4，大于1.5×10^-4，水中14d空气中28d的限制干缩率应能小于3.0×10^-4。

利用孔径1.25mm、0.08mm的国家新标准砂石筛进行细度筛分。

（1）取煅烧后的熟料D_0-500100g，放入1.25mm标准筛中进行手动筛分，筛余量约等于0%；另取25g放入0.08mm标准筛中进行筛分，筛上余留0.9g，即筛余量等于3.6%。（2）取磨细后的磷石膏100g，放入1.25mm标准筛中进行手动筛分，筛余量约等于0%；取25g放入0.08mm标准筛中进行水筛，烘干筛上余留2.8g，即筛余量等于11.2%。

由此可见，用以上两种原料配制的混凝土膨胀剂DE_0-500，其细度符合混凝土膨胀剂性能指标的要求：0.08mm筛筛余≤12%，1.25mm筛筛余≤0.5%。

用无锡市中科建材仪器有限公司产的水泥标准稠度凝结测定仪，按照标准GB/T 1346-2001采用标准法作掺膨胀剂DE_0-50012%、掺中岩公司产UEA12%和未掺膨胀剂的P.O.42.5普通硅酸盐水泥的水泥标准稠度用水量和凝结时间的测定试验，试验结果见表4。

项  目	标准稠度用水量（%）	初凝时间（h:min）	终凝时间（h:min）
掺12% DE0-500	33.0	4:30	5:25
掺12%   UEA	29.6	2:50	3:35
P.O42.5水泥	32.0	2:45	3:45
JC476-2001	_	≥45min	≤10h

 

从表4中可以看出，掺加12% DE_0-500后的水泥凝结时间仍能符合混凝土膨胀剂标准。与P.O.42.5普通硅酸盐水泥相比，掺12% DE_0-500后的水泥标稠用水量差别不大，略有增加，但凝结时间却推迟了, 掺12% UEA后的水泥标稠用水量略有降低，凝结时间与P.O.42.5普通硅酸盐水泥相近。

（1）本研究利用工业废渣制备的膨胀剂DE_0-500虽然与其它市场上出售的膨胀剂产品相比，性能较次，但仍可以满足国家标准《混凝土膨胀剂》(JC476-2001)的限制膨胀率、力学强度和其它物理性能要求。

（2）当混凝土中加入膨胀剂后，混凝土试块的抗压强度在28d时已经与不掺膨胀剂的普通混凝土试块十分接近，都能达到30MPa以上，符合混凝土强度等级C₃₀的要求。本试验制备的膨胀剂DE_0-500与其它膨胀剂相比，在后期强度上占有优势，具有膨胀率适中和后期强度损失小的特点，适用于配制补偿收缩混凝土，适用于对限制膨胀率要求较低的配筋路面、底板、楼板等一般结构。

（3）膨胀剂DE_0-500在原料来源和生产能耗上具有很大的经济优势，能有效利用工业废弃物，减少环境污染，适合循环经济的发展和可持续发展的理念，具有很大的生产应用前景，具有积极的研究意义。

 

[1]论膨胀剂的不可替代性[J] 王栋民.商品混凝土,2007,(4):4-5

[2]谈混凝土膨胀剂的发展趋势[J] 张殿元,鞠秉秀,何志勇等.辽宁建材,1999(4):13-16

[3]利用粉煤灰和磷石膏制备混凝土膨胀剂的试验研究[J] 牛晨亮,李战国,黄新.商品混凝土,2008,(5):21-22

[4]DEA高膨胀、低收缩混凝土膨胀剂-兼谈相对膨胀落差与补偿效率[J] 李乃珍,刘翠华,谢敬坦等.膨胀剂与膨胀混凝土,2008(2):22-26

[5]钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性[J] 游宝坤,席耀忠.中国建材科技,2002,(3):13-18

[6]膨胀剂及其补偿收缩混凝土[M] 游宝坤,李乃珍.北京:中国建材工业出版社，2005:8-10,59-61,71-89，108-114，121-125,163-165