膨胀水泥防水混凝土
以膨胀剂或膨胀水泥为胶结料配制而成的防水混凝土，均成为防水混凝土，均称为膨胀水泥防水混凝土。
1、主要特性
（1）具有较高的抗渗性：膨胀水泥防水混凝土是依靠水泥本身的化学反应和结晶膨胀而提高抗渗能力的，其抗渗性远比普通混凝土。
（2）能抑制混凝土裂缝的出现：膨胀水泥防水混凝土是依靠膨胀剂或膨胀水泥在水化硬化过程中形成膨胀性结晶水化物---水化硫铝酸钙（即钙矾石）、氢氧化钙等膨胀源，使混凝土产生适度膨胀。在约束条件下，它通过水泥石与钢筋的粘结，使钢筋张拉，被张拉的钢筋对混凝土本身产生压缩应力（称为化学预应力或自应力），当混凝土中产生0.2～0.7N/m㎡的自应力值，可大致抵消由于混凝土干缩和徐变时产生的拉应力。即膨胀水泥防水混凝土的拉应力接近于零，或小于0.1～0.2mm/m，从而达到补偿收缩和具有抗裂防渗的效果。一般混凝土的拉应力值为0.4～0.6mm/m，其容极限伸变形值为0.1～0.2mm/m。由于膨胀水泥防水混凝土的拉应力值小于容许极限拉伸变形值，因而不会出现裂缝，保证了混凝土的抗渗性。
(3) 膨胀水泥防水混凝土的抗压、抗裂、静力弹性模量、极限拉伸变形和钢筋粘结力，见下表。
膨胀水泥防水混凝土力学性能
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水泥品种 |
强度（N/m㎡） |
抗压弹性模量(X10的4次方N/m㎡） |
与钢筋粘结力(28d)(N/m㎡) |
极限拉伸变形值 (mm/m) | |
|
抗压 |
抗拉 | ||||
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明矾石膨胀水泥 CSA水泥 石膏矾士膨胀水泥 普通水泥 |
31.0～37.0 27.0 36.0 - |
2.2～2.8 2.0 3.5 - |
3.5～3.65 3.75～3.85 3.50～4.10 2.67～3.20 |
3.2～2.7 2.4～2.5 4.0～5.5 2.5～3.0 |
0.14～0.154 -- -- 0.08～0.10 |
(4) 后期强度能稳定上升：由于膨胀主要发生在混凝土早期，所以膨胀水泥防水混凝土的后期强度是稳定上升 的。
2、原材料与配合比
（1） 胶结料为膨胀水泥或普通水泥加膨胀剂，主要品种见下表。
膨胀剂即膨胀水泥的主要品种
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品种 |
配方 |
膨胀剂 |
固相体积膨胀倍率 |
商品名称 | |
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膨胀水泥 |
膨胀剂 | ||||
| 硫铝酸钙型 | 在水泥中加入一定数量的以下任一组分均可 1.矾土+石膏 2.明矾石+石膏 3.明矾石+石膏+石灰 4.无水硫铝酸钙 |
水化硫铝酸钙（钙矾石） | 1.22～1.75倍 | 石膏矾土膨胀水泥、硅酸盐膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、硫铝酸钙膨胀水泥 | U型膨胀剂、钙矾石、复合膨胀剂 |
| 氯化钙型 | 在硅酸盐水泥中加入以下任一组分即可 1.3%～5%过烧石灰 2.生石灰+有机酸抑制剂 |
氢氧化钙 氧化钙+水→氢氧化钙 |
0.98倍 | 浇筑水泥 | 脂膜石灰膨胀剂 |
由于膨胀剂的性质不同，他们对混凝土性能影响亦有所不同。一般规定每立方米混凝土中水泥与膨胀剂的总用量为350～380kg，其中各种膨胀剂为内掺量（替换水泥率0，因品种不同而掺量不同。明矾石膨胀剂的规定掺量为水泥重量的15%～20%；U型膨胀剂和复合膨胀剂规定内掺量（替换水泥率）为10%～14%，详见外加剂标准JC 476-92。
我国约有8种膨胀水泥系列，目前批量生产的有如下3种（见下表），他们可以用于各种抗裂防水工程，效果显著。
此外还有氧化镁型、铁型和铝型膨胀水泥。
我国膨胀剂、膨胀水泥的技术性能
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名称 |
明矾石 膨胀水泥 |
石膏矾土 膨胀水泥 |
低热微膨胀水泥 | |||
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标准编号 |
JC 311-82 |
JC 65-68 |
GB 2938-82 | |||
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比表面积(c㎡/g) |
>4500 |
>4500 |
>3500 | |||
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凝结时间 |
初凝(min) 终凝(h) |
>45 <6 |
>20 <4 |
<45 <12 | ||
|
安定性 |
合格 |
合格 |
合格 | |||
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强度（N/m㎡） |
软练28d 42.5 52.5 62.5 |
硬练28d 40.0 50.0 60.0 |
软练28d 32.5 42.5 | |||
|
膨胀率 水养1d 水养28d |
>0.15 <1.0 |
0.15 <1.0 |
>0.05 <0.5 | |||
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不透水性 10个大气压力作用下 |
完全不透水 |
完全不透水 |
水化热（J/G） | |||
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标号 |
3d |
7d | ||||
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325 |
154.8 |
175.7 | ||||
|
425 |
175.7 |
196.7 | ||||
1）膨胀水泥防水混凝土配制要求，见下表。
膨胀水泥防水混凝土配制要求
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项 目 |
技 术 要 求 |
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水泥用量（kg/m3) 水灰比 砂率（%） 砂子 塌落度(mm) 膨胀率（%） 自应力值（N/m㎡) 负应变（mm/m) |
350～380 0.5～0.52 0.47～0.5(加减水剂） 35%～38% 宜用中砂 40～60 <0.1 0.2～0.7 注意施工与养护，尽量不产生负应变，最多不大于0.2% |
2）U型膨胀剂（UEA）参考掺量：原则上，U型膨胀剂与五大水泥均适用，但是，为了确保混凝土质量，宜用525号普通硅酸盐水泥，425号普通或矿渣水泥。火山灰水泥和粉煤灰水泥要经试验确定。
UEA的加入量，应根据工程的要求和选用水泥标号而定，见下表。
UEA膨胀剂掺量参考表
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使用条件 |
水泥标号 |
UEA掺量（%） |
|
砂浆 |
525 425 |
8～10 6～8 |
|
高配筋混凝土 |
525 425 |
10～14 10～12 |
|
低配筋混凝土 |
525 425 |
8～12 8～10 |
（3）主要性能
1）抗渗性：膨胀水泥防水混凝土是依靠水泥本身的水化反应和结晶膨胀而提高抗渗能力的。其抗渗性比普通混凝土高（见下表）。硫铝酸钙型防水混凝土具有一定的胀缩可逆性，如在雾室中养护14d后放在干空气中养护90d，约束膨胀率将从0.648mm/m下降到0.33mm/m，此时再放在水中，又会产生膨胀。这一特性十分有利于膨胀防水混凝土微细裂缝的愈合，非常适合于水中或地下防渗工程。
2)抗裂性：膨胀水性防水混凝土在硬化初期产生体积膨胀，在约束条件下，它通过水泥石与钢筋的粘结，使钢筋张拉，被张拉的钢筋对混凝土本身产生压缩应力（称为化学预应力或自应力），当混凝土中产生0.2～0.7N/m㎡自应力。即膨胀水泥防水混凝土的拉应变接近于零，或小于0.1～0.2mm/m，从而达到补偿收缩并具有抗裂防渗的效果。一般混凝土的拉应变值为0.4～0.6mm/m，其容许极限拉伸变形值为0.1～0.2mm/m。由于膨胀水泥防水混凝土的拉应变值小于容许极限拉伸变形值，因而不会出现裂缝，保证了混凝土的抗渗性。
3、施工注意事项
（1）基于膨胀水泥防水混凝土具有胀缩可逆性和良好自密作用，必须特别注意养护，尤其是初始养护时间必须严格控制。若初始养护时间开始较晚，则可能因强度增长较快而抑制了膨胀。一般在常温下，膨胀混凝土浇筑后8～12h，即应开始浇水养护，待模板拆除后则应大量浇水。养护一般不小于14d。
（2）膨胀水泥对温度很敏感。在低温时，钙矾石的形成速度慢，此类膨胀水泥防水混凝土的强度和膨胀率均较低；而氧化钙类膨胀水泥在低温时强度也低，膨胀率则稍高，因此施工时应保证一定温度，一般宜在不低于5℃的条件下施工。
（3）膨胀水泥防水混凝土不宜长期在高温下养护，这是由于钙矾石发生晶形转变，孔隙率增加，会发生强度下降的现象，使抗渗性劣化。因此，膨胀混凝土的养护温度及使用温度均不应超过80℃。不同温度下养护的膨胀混凝土强度和膨胀率变化，见下表。
膨胀水泥防水混凝土在高低温下的性能
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水泥名称 |
配合比 水泥：砂：石 |
养护温度 （℃） |
抗压强度（N/m㎡) |
自由膨胀率(×0.1mm/m) | |||||
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3d |
7d |
28d |
1d |
3d |
7d |
28d | |||
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明矾石 膨胀水泥 |
1：1.84：2.83 1：1.84：2.83 |
20 0.5 |
11.5 3.0 |
22.5 6.7 |
34.4 9.1 |
4.30 2.48 |
5.29 2.92 |
5.62 3.01 |
5.80 3.20 |
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石膏矾土 膨胀水泥 |
1：1.67：3.89 1：1.67：3.89 |
20 80～90 |
31.7 40.9 |
28.3 26.6 |
41.5 29.9 |
1.25 2.42 |
2.80 3.81 |
4.52 5.21 |
4.65 5.42 |
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