我国混凝土膨胀剂发展的回顾和展望游宝坤普通水泥混凝土由于干缩和冷缩等原因，往往导致开裂和劣化人们希望有这样一种水泥，它在凝结硬化时能产生一定量的膨胀，以抵消其收缩，从而消除因混凝土收缩而引起的各种弊端从另一种角度，人们探索能否用水泥水化所产生的膨胀来张拉钢筋，以达到机械预应力的目的经过5 0 多年之努力，膨胀混凝土已成为特立的学科由此，混凝土膨胀剂应运而生配制补偿收缩混凝土时，多用混凝土膨胀剂，也可用膨胀水泥；配制自应力混凝土时，多用自应力水泥，也可用混凝土膨胀剂 本届年会收到论文1 3 5 篇，内容广泛、实用，学术水平较高，从各方面反映我国近年来混凝土膨胀剂开发取得很大成绩，也存在一些问题，值得我们好好总结，以利本行业的持续健康发展1混凝土膨胀剂发展回顾混凝土膨胀剂( E x p a n s i v eA g e n tf o rC o n c r e t e ) 是在膨胀水泥基础上发展而来的一种混凝土外加剂，在现场掺入硅酸盐水泥中可拌制成膨胀混凝土日本是最先开发膨胀剂的国家，1 9 6 2 年，日本大成建筑技术研究所购买了美国A ．K l e i n 的K 型膨胀水泥专利，在此基础上，研制成功硫铝酸钙膨胀剂( C a l c i u mS u l f o —A l u m i n a t e ，简称C S A ) ，它是用石灰石、矾土和石膏配制成生料，经电融烧制成一种含有无水硫铝酸钙c 。
A 3 §、C a ( 9 和C a S O 的熟料，然后粉磨成膨胀剂1 9 6 9 年，日本水泥公司出售名为“阿沙那波卡”C S A 膨胀剂在水泥中内掺C S A ( 等量取代水泥重量) 8 ％一1 0 ％可拌制成补偿收缩混凝土，内掺1 5 ％一2 5 ％可拌制成自应力混凝土我国膨胀剂开发经历三个时期：1 ．从膨胀水泥到膨胀剂的转变期1 9 8 0 年以前，我国主要研制膨胀水泥，由于销路和应用问题，难以推广后转为混凝土膨胀剂的研究1 9 7 4 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1 3 本C S A 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C S A熟料，粉磨至比表面积为20 0 0 —30 0 0 e l n 2 ／g 制成膨胀剂’1 9 7 9 年，安徽省建筑科研院金树青、刘莉芳等在明矾石膨胀水泥基础上，研制成功明矾石膨胀剂( E A —L ) ，由不煅烧明矾石与石膏粉磨而成，在水泥中掺人1 5 ％一1 8 ％，可拌制成补偿收缩混凝土由于其掺量大、碱含量高，目前已被淘汰2 ．膨胀剂开发期1 9 8 5 年后，中国建筑材料科学研究院王延生、张桂清、江云安等研制成功氧化钙一硫铝4酸钙型的复合膨胀剂( C E A ) 。
用含f - C a O 为4 0 ％一5 0 ％的膨胀熟料，与明矾石和石膏粉磨而成其后，又研制成功用铝酸盐水泥熟料、明矾石和石膏磨制而成的铝酸钙膨胀剂( A E A ) 1 9 8 6 年游宝坤、韩立林、吴万春和李乃珍等研制成功U 型膨胀剂( U E A ) ，用特制硫铝酸盐熟料、明矾石和石膏粉磨而成U E A 、A E A 和C E A 三种产品均通过部级技术鉴定，其中U E A 膨胀剂及其应用获国家科技进步二等奖，U E A 和A E A 是国内膨胀剂的主导产品，生产厂家约3 0 个，占国内总销量的7 0 ％左右与此同时，同济大学研制出早强型硫铝酸盐膨胀剂，长江科学院研制出大坝混凝土膨胀剂1 9 8 5 年，南京化工学院研制成功氧化镁膨胀剂，用于水电站坝基混凝土1 9 9 0 年，山东省建筑科研院研制成功以明矾石和石膏为主原料的P N C 膨胀剂1 9 9 2年，山东省建材研究院研制成功J E A 膨胀剂，浙江工业大学研制出T E A 膨胀剂，江西省建材院开发了H E A 膨胀剂等，这些膨胀剂均属硫铝酸钙类，掺量为1 0 ％一1 2 ％．1 9 9 2 年我国制定了《混凝土膨胀剂》建材行业标准J C4 7 6 ，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一集料反应的重视，1 9 9 8 年对该标准进行了修订，规定膨胀剂的碱含量≤o ．7 5 ％标准检验时的内掺量不得大于1 2 ％1 9 9 9 年，为与国际接轨，我国实施I S O 水泥标准，因此，在2 0 0 1 年对该标准进行第三次修订( J C4 7 6 - - 2 0 0 1 ) 对膨胀剂质量提出了更高的要求与膨胀剂有关的《水泥基灌浆材料》建材行业标准J C ／T9 8 6 - - 2 0 0 5已颁布3 ．膨胀剂的发展期2 0 0 0 年后，以中国建材院为代表，对混凝土膨胀剂进行了深入持续的研究实现了产品的更新换代北京中岩特种工程材料公司分别以特制铝酸钙水泥熟料和铝酸钙一硫铝酸钙水泥熟料作为膨胀组分，研制出掺量为6 ％一8 ％的Z y @ 膨胀剂唐山北极熊特种水泥公司对硫铝酸钙水泥熟料进行改性，再将该熟料与石膏、石灰石磨制成C A S 膨胀剂石家庄市功能建材公司以铝酸盐熟料、硫铝酸盐熟料、石膏和分散剂磨制成F E A 膨胀剂中国建材院水泥与新材研究所与天津豹鸣建材公司研制H C S A 、重庆江北特材公司生产低碱低掺量Z Y 膨胀剂，广西云燕特种水泥公司生产低掺量A E A 膨胀剂。
经过2 0 年的努力，我国混凝土膨胀剂质量的发展经历了高碱高掺、中碱中掺和低碱低掺的三个阶段，如表1 所列，膨胀剂的主要组成列于表2 表I 膨胀剂质量发展的三十阶段阶段年份碱古量( ％)掺量( ％)品脾代表高碱高揸1 9 蚰一1 9 8 51 ．8 —2 ．01 5 —2 0E ^ ．L1 9 晰一1 9 9 7n8 0 —1 ．01 0 一1 2U E ^ 一I 、U E A - Ⅱ、A E A 、C E A 、P N C中碱中掺1 9 9 8 —2 0 0 00 ．5 0 一0 ．7 51 0 一1 2U E A - H I 、^ E A 、C E A 、P N C 、H E A低碱低掺2 0 0 0 一0 ．2 5 —0 ．5 06 —8U E A ·H 、Z Y 、C s ^ 、F E A5表2 我国主要膨胀剂的组成情况标准播量碱告量 膨胀荆品种品牌基本组成膨胀水化产物( ％)( ％)明矾石膨胀荆E ^ 一L明矾石、石膏1 51 ．8 —2 ．0钙矾石U - I 型膨胀剂U E A ．I硫铝酸盐熟料、明矾石、石膏1 2t ．0 —1 ．5钙矾石U —u 捌膨胀剂U E A ．I I硫铝酸盐熟料、明矾石、石膏1 2n8 —1 ．2钙矾石U 一1 1 1 型膨胀剂U E A ．1 1 I硅铝酸盐熟料、明矾石、石膏1 205 一n7 5钙矾石Z Y 型膨胀剂Z Y硫酸钙一硫铝酸钙熬料、石膏803 —0 ．5钙矾石铝酸钙膨胀剂A E A铝酸盐水泥、明矾石、石膏80 ．5 —0 ．7钙矾石分散性膨胀荆F E A锅酸盐．硫铝酸盐熟料、石青、分散剂8．a5 —07铝矾石复合膨胀剂C E A石灰系熟料、明矾石石膏80 ．5 —0 ．7氢氧化钙，钙矾石我国膨胀剂开发较晚，1 9 9 0 年销量为1 ．8 万t ，随着掺膨胀剂的补偿收缩混凝土结构自防水、超长结构无缝设计和施工方法以及大体积混凝土裂渗控制三大应用技术的推广，膨胀剂的销量逐年递增，1 9 9 4 年达1 8 万t ，1 9 9 8 年达3 0 万t ，2 0 0 3 年达8 0 万t 。
2 0 0 5 年达1 0 0万t ，居世界同类产品之首见图1 1 9 0 0 0一，8 ： 最6 0 静廿2 3 01 0图1 混凝土膨胀剂的年销量的趋势2 膨胀混凝土的研究与应用2 ．1国外概况1 9 3 6 年法国洛西叶( L o s s i e r ) 研制出一．种硫铝酸钙膨胀水泥，但是，由于在实际上控 制膨胀的难度较大，而判定为没有实用价值1 9 4 3 年，前苏联米哈依洛夫( B ．B ．M a x a 盘Ⅱo B ) 把研制成功的不透水膨胀水泥，成功应用于二次世界大战中被破坏的钢筋混凝土构筑物和地下工程防潮层，以及堵漏和修补工程1 9 5 5 年前后，米哈依洛夫创造了硅酸盐膨胀一自应力水泥( 国外称为M 型水泥) ，开始用于地下工程，如地下铁道预制拱环的接缝和防渗等，并推广到压力输水管7 0 年代在机场、公路、大跨度薄壳、轻集料膨胀混凝土匣子结构以及大面积( 15 0 0 m 2 ) 无接缝的楼板、屋面板等工程广泛使用，这些工程所用的膨胀混凝土实际上均属于补偿收缩的性质1 9 7 5 年，6前苏联计生产3 万t 自应力水泥，制成7 万m 3 膨胀混凝土米哈依洛夫因此杰出贡献，荣获斯大林奖章。
1 9 5 8 年，美国A ．克莱因( 丸K l e i n ) 研制成功的硫铝酸钙膨胀水泥，取名K 型水泥1 9 6 3 年与同事B e r t e r o 、L i n 、M e h t a 、P i r t z 和P o l i v k a 等，对补偿收缩混凝土进行大量研究，在多种用途上推广1 9 6 8 —1 9 7 0 年，美国生产M 型水泥和S 型水泥，均用作补偿收缩混凝土而得到推广，1 9 7 2 年美国混凝土协会在佛罗里达州召开了以K l e i n 冠名的国际膨胀混凝土学术会议，随后，A C I2 2 3 委员会提出《使用补偿收缩混凝土的推荐作法》( A C I2 2 3 —7 7 ) ，这是世界上第一部关于补偿收缩混凝土性能研究、结构设计和施工的指南E l 本从6 0 年代起开发膨胀水泥混凝土，研制和出售各种类型的膨胀剂，其中应用最广的是C S A 膨胀剂，其次是石灰系膨胀剂市场价约5 0 0 美元／吨，最高年产量5 万吨1 9 6 4年在东京召开第一次C S A 研究会，随后开展了掺膨胀剂的混凝土物理力学性能和耐久性研究，对补偿收缩混凝土在各种工程的应用，进行了应力- 应变的实物测试以及施工技术的研究。
在此基础上，日本建筑学会于1 9 8 2 年颁布了《掺膨胀剂混凝土的配合比设计和施工指南》关于膨胀剂的适用性，建筑占4 0 ％，土术占2 5 ％，制品占3 5 ％土木工程主要指道路、地下沟、水槽、涵洞、灌浆，制品主要包括钢管砂浆衬里、高强桩、外压管、内压管和楼板构件等2 ．2 国内概况中国建筑材料科学研究院是我国膨胀混凝土的发源地，在吴中伟院士指导下，从1 9 5 6 年起，以曹永康为首的课题组开展了硅酸盐自应力混凝土的研究，1 ：2 混凝土的自应力值为2 —3 M P a 随后得出用离心法制造自应力混凝土压力管的整套生产工艺和质量控制方法1 9 6 9 年开始生产自应力混凝土压力水管到1 9 9 5 年底累计生产各种口径的自应力混凝土管材6 81 6 3 k m ，广泛应用于城镇和工矿企业输水管道，也应用于农用水利建设引水上山管道、倒虹吸管道、喷灌管道、排涝管道和小水电站水轮机的引水管道近年来，由于钢管、P V C管、玻璃钢管等其他管材的发展，自应力混凝土管生产有所下降我国对补偿收缩混凝土的研究始于1 9 6 0 年，中国建筑材料科学研究院先后研究成功硅酸盐膨胀水泥、石膏矾土膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、矿渣膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥等，对这些膨胀水泥配制的补偿收缩混凝土进行了大量的系统研究。
中国工程院吴中伟院士 是我国膨胀混凝士研究的奠基人，1 9 7 9 年出版《补偿收缩混凝土》一书，它是当代第一本论述补偿收缩混凝土的专著提出了补偿收缩的原理和正确的补偿收缩模式，补偿收缩混凝土的设计和如何正确使用等指导意见在他的指导下，我国科技工作者进行大量试验研究和工程实践，使补偿收缩混凝土得到广泛应用游宝坤等通过对膨胀水泥的研究和开发应用，发现用混凝土膨胀剂取代膨胀水泥不仅具有先进的科学技术意义，而且利于生产、运输及施工的组织，节约费用，符合市场发展方 向1 9 8 5 。