浅谈膨胀和自应力水泥07级农水2班李波200731580196指导老师吴定燕[摘要]：膨胀水泥和自应力水泥作为特种水泥，有着其独特的性质，越来越受到人们的重视，应用也随之越来越广泛。
本文将从膨胀和自应力水泥的制造目的、发展过程、应用方面、研究方向的各个方面介绍膨胀水泥和自应力水泥。
[关键词]：膨胀水泥自应力水泥发展研究应用[正文]：一、膨胀和自应力水泥的研制目的及其发展普通水泥混凝土由于水份蒸发等原因而收缩、开裂，引起混凝土耐久性下降。
人们希望有这样一种水泥，它在凝结硬化时能产生适量的膨胀，以抵消其收缩，从而消除混凝土因收缩而引起的各种弊病。
对钢筋混凝土中的钢筋施加机械予应力可大幅度增加钢筋混凝土制品的承载能力，大量节约钢材。
但是在有些场合这种工艺很烦琐，有时甚至不易达到目的。
因此人们也在探索，能否用水泥水化所产生的膨胀来张拉钢筋，以简化予应力工艺。
膨胀和自应力水泥就是围绕着上述目的研制和发展起来的。
膨胀水泥主要用于配制补偿收缩混凝土，补偿水泥混凝土的收缩，防止或减少混凝上裂缝的产生。
自应力水泥用于配制自应力(或称化学应力)混凝土。
与硅酸盐水泥相比，膨胀水泥研制要晚一百来年。
法国的劳西耶最早认识到水泥混凝土中形成的钙矾石所产生的膨胀可用来抵消收缩和产生化学予应力。
他从本世纪三十年代中期开始，提出了制造膨胀水泥的方案。
他提出的膨使水泥是由波特兰水泥、膨胀剂和矿渣所组成。
膨胀剂是由矾石、石膏和白垩磨成生料，加以锻烧而制得，矿渣的加人是为了控制膨胀率。
其后美国的克莱恩等在上述基础上发展了K型膨胀水泥。
与劳西耶提出的膨胀水泥相比，K型水泥进展的地方是：明确了膨胀剂的矿物组成是以无水硫铝酸钙为主，此外还要有适量的CaO 和CaSO4；由于对膨胀剂及其掺量做到了有效控制，所以不需要再加矿渣作为后期膨胀的稳定剂。
苏联在研制膨胀水泥方面，虽然也主要根据形成钙矾石使水泥膨胀的原理，但在技术途径上则侧重于矾土水泥熟料的应用。
美国还曾研究过一种S型膨胀水泥，即从铝酸三钙含量高的硅酸盐水泥熟料，适当增加石膏掺量而制得膨胀水泥。
日本从六十年代起才发展膨胀水泥混凝土。
其特色是研制和出售各种类型的膨胀剂。
其中应用最广的是以无水硫铝酸钙为主，并具有适量CaO 和CaSO4的膨胀剂，与波特兰水泥拌和后其性能与K型膨胀水泥一样。
其膨胀量可在现场根据需要进行调节。
我国自五十年代中期即开始研制膨胀水泥，至七十年代初期所研制的膨胀和自应力水泥，主要是以回转窑烧结法制造的矾土水泥作为重要组分的。
在这期间我国曾研制成功了膨胀性不透水水泥，无收缩不透水水泥，石膏矾土膨胀水泥，快凝膨胀水泥，硅酸盐膨胀水泥，硅酸盐自应力水泥和铝酸盐自应力水泥等。
由于我国用回转窑烧结法所制得的矾土水泥熟料的矿物组成是以CaO·AI2O3为主，以CaO·2Al2O3为辅，而几乎不存在12CaO·7Al2O3，与苏联以高炉法在炼铁同时制得的矾土水泥的矿物组成有很大的不同。
因此，苏联文献报导的硅酸盐自应力水泥的凝结时间过短，需加缓凝剂的现象并未在我国发生。
由于同样原因，我国的矾土水泥为研制以矾土水泥为基础的铝酸盐自应力水泥创造了良好的基础。
二、膨胀和自应力水泥的分类膨胀水泥和自应力水泥实质上都是膨胀水泥。
只是由于使用目的和膨胀数值上的差别，我们把它分别称为膨胀水泥和自应力水泥。
在我国，一般来说，膨胀值较小、用于补偿水泥混凝土收缩的水泥称膨胀水泥；膨胀值较大、用于建立预应力的水泥就称为自应力水泥。
膨胀水泥和自应力水泥可按用途、引起膨胀的化学反应和水泥的主要矿物组成或主要组分来分类。
（一）按用途分类无论做补偿收缩混凝土或作预应力混凝土用的膨胀水泥混凝土，一般都需要在一定的限制下工作，以使混凝土在硬化后由于限制物所贮存的能量使混凝土建立不同程度的受压状态，从这个角度上看，目前的膨胀和自应力水泥可作如下分类。
1、配制补偿收缩混凝土用的膨胀水泥2、配制自应力混凝土用的自应力水泥（二）按引起膨胀的化学反应分类从引起膨胀的化学反应分类，目前的膨胀和自应力水泥可分为三种类型：1、利用形成钙矾石相的膨胀水泥2、利用氧化物水化的膨胀水泥3、利用金属氧化的膨胀水泥（三）按水泥熟料矿物或水泥主要组分分类从构成膨胀和自应力水泥的熟料矿物或主要组分可分为以下几类：1、以硅酸盐水泥为基础的膨胀和自应力水泥2、以高铝水泥为基础的膨胀和自应力水泥3、以硫铝酸盐水泥熟料为基础的膨胀和自应力水泥4、以高炉矿渣为基础的膨胀水泥三、膨胀和自应力水泥的用途膨胀和自应力水泥的用途分为两个方面，一是用于补偿水泥混凝土收缩，即用于配制补偿收缩混凝土；二是利用其膨胀能来产生预应力，即用于配制自应力混凝土。
经过几十年来的研究和实践，逐步认识到不管是那一种用途的膨胀混凝土，都要求一定的限制条件来发挥其膨胀作用，而其本质的作用是使膨胀混凝土的膨胀能，利用各种限制方式，主要是利用钢筋骨架的限制，将水泥膨胀时的化学能转换成张拉钢筋的机械能，从而使混凝土内部建立一定的压应力。
因此用作补偿收缩和产生自应力的水泥混凝土只有膨胀值和建立压应力效值的差别，而没有本质的差别。
膨胀水泥是通过配制补偿收缩混凝土来发挥其独特作用的。
补偿收缩混凝土的强度、弹性模量、干缩、蠕变、抗冻融循环等性能与硅酸盐水泥混凝土相似，而其防止开裂及抗渗性能大大提高，从而可用于司防止开裂及抗渗要求高的混凝土建筑物及制品。
补偿收缩混凝上主要用于水池、油罐，或以混凝土予制板拼装水池或油罐时的后浇缝；对楼板有防渗要求的多层汽车停车场，要求接缝少的停车广场，停机坪，机场跑道，高速公路路面；地下建筑物，自防水屋面板，防渗楼板；水池、油罐、井壁、水坝的防渗层；基础等构筑物的后浇缝；梁柱接头、机器垫脚螺丝的锚固；矿井、管道、地下工程的抢检、堵漏等。
自应力水泥是通过配制自应力混凝土起作用。
目前我国膨胀和自应力水泥每年的用量约为15万吨，百分之九十左右用于制造自应力水泥压力管。
其中绝大部分用作输水，少部分用于输油、输气。
与美国、日本等国膨胀混凝土主要用于补偿收缩混凝土相比，具有我国的特色。
这一方面是由于在我国以水泥压力管来代替铸铁管或部份钢管，从经济上和资源利用上是合理的，国家给予了大力的支持。
此外，自应力水泥压力管均由工厂生产，混凝土配比、工艺均能做到严格控制。
而在使用上，用作水管或埋地使用可把干缩造成的自应力损失减到最小。
日本和苏联也有以膨胀混凝土制造自应力水泥压力管的成功经验。
但是，无论从国际和国内来说，自应力水泥混凝土用于其他方面，如用于墙板、楼板、薄壳、钢丝纲水泥板等予制品，及用于水槽、隧道、公路路面等现场浇注都还处于试验性阶段。
四、对我国膨胀和自应力水泥研制和发展方向的一些看法我国已研制的膨胀和自应力水泥品种繁多，发展了一些具有我国特色的品种，并形成了一定规模的生产能力，因此有了一个很好的基础。
为了使膨胀和自应力水泥的研制和发展更好地满足我国四个现代化建设的需要，谈几点个人看法。
（一）根据我国的需要和特点，发展膨胀和自应力水泥品种在膨胀和自应力水泥的品种方面，我国研究生产过已经不少。
在膨胀水泥方面有硅酸盐膨胀水泥，明矾石膨胀水泥，浇筑水泥，膨胀性不透水水泥，无收缩不透水水泥，石膏矾土膨胀水泥，快凝膨胀水泥，微膨胀水泥、石膏矿渣水泥，低热微膨胀水泥等十种。
由于我国幅员广大，为了适应多种原料来源和用途，可以允许一定数量品种膨胀水泥的同时存在。
（二）加强膨胀和自应力水泥混凝土基本材性和应用的研究与膨胀和自应力水泥品种研究相比较，我国在这种水泥混凝土的基本材性和应用研究方面投人的力量是不相适应的。
这是我国补偿收缩类型的膨胀水泥混凝土发展缓慢的主要技术原因，也是我国自应力水泥仅限用于水泥压力管的主要原因之一。
我国自己试制和生产的膨胀和自应力水泥混凝土，在材性和应用方面，只是零星地根据特定的用途进行一些研究试验，且极不系统和完整。
因而对于各种膨胀和自应力水泥混凝土的各项指标必须进行系统的试验。
在应用研究方面，还应该对各种建筑物的各项数据进行长期实测，并与使用效果相比较，以逐步积果设计、施工方面的经验。
（三）统一膨胀和自应力水泥标准我国膨胀和自应力水泥已有部颁标准的有硅酸盐膨胀和自应力水泥，石膏矾土膨胀水泥，膨胀性不透水水泥，无收缩不透水水泥，快凝膨胀水泥和铝酸盐自应力水泥。
有会议或企业级技术条件的有硫铝酸盐自应力水泥，明矾石膨胀水泥，浇筑水泥。
还有一些如明矾石自应力水泥，低热微膨胀水泥，微膨胀水泥的技术条件或标谁尚需或尚在制定之中。
总观上述标准和技术条件，还存在着评价水泥性能主要指标的测试方法尚未加以统一这一主要问题。
（四）深人开展水泥的膨胀和自应力的基本理论的研究为了进一步防止混凝土收缩开裂和提高自应力水平，还应从根本上研究水泥混凝土的干缩、变形规律；研究钙矾石与各种水化产物之间的匹配与水泥浆体的结构和膨胀、强度之间的关系；研究限制方式对膨胀和自应力混凝土的微观结构和性能的影响；研究外保护层的限制方式及其水泥石结构；研究如何更好地发挥水泥膨胀能的各种方法等等。
[参考文献]1、薛君玕吴中伟：《膨胀和自应力水泥及其应用》。
中国建筑工业出版社，1985年。
2、隋同波文寨军王晶：《水泥品种与性能》。
化学工业出版社，2006年。
3、“膨胀和自应力水泥的研制状况和发展方向”。
《中国建材科技》，1980年，第2期。
