膨胀水泥和自应力水泥：建筑材料第2版

一般硅酸盐水泥在空气中凝结和硬化时，体积发生收缩。收缩使水泥石结构产生微裂缝（龟裂）或裂缝，降低水泥制品的密实性，影响结构的抗渗、抗冻、耐腐蚀性和耐久性。

膨胀水泥按照膨胀值的大小分为膨胀水泥和自应力水泥。膨胀水泥的线膨胀率在1%以下，抵消或补偿了水泥的收缩，这种水泥又称为无收缩水泥或补偿收缩水泥。当水泥膨胀率较大时（1%～3%），混凝土受到钢筋的约束压应力，这种压应力是水泥水化产生的体积变化所引起的，所以称为自应力。在凝结硬化过程中，有约束的条件下能够产生一定自应力的水泥，称为自应力水泥。

1）膨胀机理

使水泥石体积产生膨胀的水化反应有：①在水泥中掺入特定的氧化钙；②在水泥中掺入特定的氧化镁；③在水泥浆体中形成钙矾石，产生体积膨胀。前两种方法影响因素较多，膨胀性能不够稳定。实际工程中得到广泛应用的是以钙矾石为膨胀源的各种膨胀水泥。

2）膨胀水泥的种类

膨胀水泥按照水泥的主要矿物成分可分为硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型等，主要有下面几种：

（1）自应力硅酸盐水泥

以适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和石膏磨制而成的膨胀性的水硬性胶凝材料，称为自应力硅酸盐水泥。如以69%～73%普通水泥、12%～15%铝酸盐水泥、15%～18%二水石膏可配制成较高自应力硅酸盐水泥。

自应力硅酸盐水泥水化时产生膨胀的原因，主要是铝酸盐水泥中铝酸盐和石膏遇水化合，生成钙矾石。由于生成的钙矾石较多，膨胀对水泥石结构有影响，强度降低，因此还应控制其后期的膨胀量，膨胀稳定期不得迟于28d。同时，28d的自由膨胀率不得大于3%。

由于自应力硅酸盐水泥中含有硅酸盐水泥熟料与铝酸盐水泥，凝结时间加快。因此，要求初凝时间不早于30min，终凝时间不迟于390min。并且规定脱模抗压强度为（12±3）MPa，28d抗压强度不得低于10MPa。水泥比表面积大于340m2／kg。

（2）明矾石膨胀水泥

凡以硅酸盐水泥熟料为主，天然明矾石、石膏和粒化高炉矿渣（或粉煤灰），按照适当的比例磨细制成的，具有膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为明矾石膨胀水泥（Alunite expansive cement）。明矾石的化学式为K2SO4·Al2（SO4）3·Al2O3·6H2O。明矾石膨胀水泥是用明矾石代替铝酸盐水泥作为含铝相的硅酸盐水泥型膨胀水泥。

调节明矾石和石膏的掺量，可制得不同膨胀性能的水泥。(www.xing528.com)

根据《明矾石膨胀水泥》（JC／T 311—2004），明矾石膨胀水泥按照3d、7d和28d的抗压强度，抗折强度分为32．5、42．5、52．5三个标号。水泥的比表面积不得低于400m2／kg；初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h。水泥的限制膨胀率3d应不小于0．015%，28d应不大于0．1%。水泥的3d不透水性应合格（若该水泥不用在防渗工程中可以不做透水性试验）。

（3）铝酸盐自应力水泥

铝酸盐自应力水泥是以一定量的铝酸盐水泥熟料和石膏粉磨细而成的大膨胀率的胶凝材料。

根据《自应力铝酸盐水泥》（JC 214—91），按照1∶2标准胶砂28d自应力值分为3．0MPa、4．5MPa和6．0MPa三个级别。水泥的细度为80μm筛的筛余量不得大于10%；初凝时间不早于30min，终凝时间不迟于4h。同时，对水泥的自由膨胀率、抗压强度、自应力、三氧化硫含量等作了具体的规定。

（4）膨胀硫铝酸盐水泥和自应力硫铝酸盐水泥

以适当成分的生料经煅烧所得的，以无水硫铝酸盐和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量的石膏，磨细可以制成膨胀硫铝酸盐水泥或自应力硫铝酸盐水泥。

膨胀硫铝酸盐水泥要求：水泥净浆1d自由膨胀率不得小于0．10%，28d不得大于1．00%；初凝时间不得早于30min，终凝时间不得迟于3h；比表面积不得低于400m2／kg；强度等级为52．5；应满足1d、3d和28d的抗压强度、抗折强度的要求。

自应力硫铝酸盐水泥要求：按照1∶2标准胶砂自由膨胀率7d不大于1．30%，28d不大于1．75%，28d自应力增进率不大于0．0070MPa／d。按照28d的自应力值分为30级、40级、50级三个级别。水泥的初凝时间不得早于40min，终凝时间不得迟于240min；比表面积不得低于370m2／kg；抗压强度7d不小于32．5MPa，28d不小于42．5MPa。

3）膨胀水泥的应用

膨胀水泥在约束条件下所形成的水泥制品结构致密，所以具有良好的抗渗性和抗冻性。

膨胀水泥可用于配制防水砂浆和防水混凝土，浇灌构件的接缝及管道的接头，堵塞与修补漏洞与裂缝等。自应力水泥主要用于自应力钢筋混凝土结构工程和制造自应力压力管等。