混凝土膨胀剂限制膨胀率试验方法在应用中值得注意的几个问题

郑 伟 张 伟（深圳市建设工程质量检测中心，广东 深圳518040）

混凝土膨胀剂产品标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009已 于2010年3月1日 起 实 施，替代原行业标准《混凝土膨胀剂》JC476-2001，新标准中将限制膨胀率作为唯一强制性检测项目。限制膨胀率是采用千分表，对水中养护7天及空气中养护21天的试件长度进行测量，计算不同养护条件下的变形率。由于影响因素比较多，测量结果的准确性和重现性均比较差。笔者根据长期从事膨胀剂检测的经验，就其中几个关键性因素做了分析，包括：环境相对湿度、试件表面风速、试件的温度线膨胀系数以及怎样保证长度测量值的稳定性。

1 试验及说明

1.1 恒温恒湿环境中的相对湿度及试件表面风速

限制膨胀率试件在水中养护7天后需放置在（20±2）℃、（60±5）%RH恒温恒湿 环境中继续养护21天，在此环境条件下，试件将发生干缩变形，干缩变形量与试件的失水多少密切相关，而环境湿度和试件表面风速是试件失水多少的外部决定因素。

1.1.1 环境相对湿度。

首先要准确的测量环境的相对湿度；其次要能够保证试件在养护期间，环境相对湿度稳定。

目前，多数用于测量湿度的仪器是干湿球温度计（包括水银干湿球温度计及电子干湿球温度计），养护环境湿度的准确测定取决于干湿球温度计的正确使用及选择合适的校准方式。要正确的使用干湿球温度计，首先要了解其测湿原理：用两只相同的温度计，其中一只球部缠有湿润的纱布称为湿球温度计，另一只用来测量空气温度称为干球温度计，由于湿球纱布上的水分不断蒸发吸热使湿球温度下降，结果干、湿球温度示值就出现了一个差值。这个差值的大小，取决于水分蒸发的快慢程度，而蒸发的快慢又取决于空气的湿度大小和当时的风速。由测试原理可知，测定空气湿度的准确度除与干球、湿球温度计精度有关外，与湿球温度示值是否准确也有很大关系，而影响湿球表面良好蒸发的因素都将影响湿球示值，这些影响因素包括湿球的表面形状、纱布的吸水能力（应采用棉纱布，并保持纱布清洁）和纱布的包扎（单层纱布，重叠部分不应大于球部周长的三分之一）、润湿纱布的水质（应用蒸馏水）、现场风速。另一影响湿度准确测定的因素是干湿球温度计的校准。干湿球湿度计的校准不应单是对干球和湿球两只温度计的精度校准，还应对湿度示值进行校准，即在给定的标准湿度下，湿度计的实测示值是多少。校准点宜在所使用的温、湿度范围内选取（如18～20℃，55%～65%RH），校准报告应报出相对湿度标准值和相对湿度示值（或被校湿度计的干、湿球温度），以及校准时的风速。使用时，应考虑到校准时的风速与使用时风速的差异及校准产生的修正因子。

保证恒温恒湿室温、湿度的均匀性。当采用恒温恒湿室来养护试件时，一般需配置空调、抽湿机、加湿器等设施保证室内环境条件。由于空调在制冷的同时有较强抽湿作用，抽湿机的工作是抽湿和除霜交替进行的（在抽湿状态时输出的是干热空气，在除霜状态时出来的是冷空气），所以整个室内的空气是流动的，不断进行着冷、热及干、湿交换，通过用数字温湿度计对室内不同区域进行实时连续监测发现，不同区域的温、湿度变化差异非常大，要保证整个空间内的温、湿度达到标准要求几乎不可能，只能采取措施保证样品区域的环境条件达到要求。经多次试验发现，合理的布置样品区位置、对样品区进行有效的遮挡，可以大大降低该区域的温、湿度波动，此外，选用变频空调对降低温度的波动能起到明显的效果。

如图1所示，该恒温恒湿室面积6m2，四周墙体和顶棚均做了隔热处理，温度控制采用变频冷暖空调，湿度控制采用抽湿机，样品区的设置避开空调及抽湿机出风方向，样品区上端（空调的下方）放置一块木板，避免冷空气下沉对样品区直接影响，样品区正面用单层棉纱作为门帘，即可透气，又起到减缓循环空气流速的作用。保持空调和抽湿机控制参数不变，对比用木板和门帘遮挡前后样品区温、湿度变化，监测数据见图2、图3。从监测到的数据结果上看，遮挡前后温度控制均比较理想，而湿度波动差异比较大。即使空调和抽湿机出风口没有朝向样品区域，由于循环气流的作用，样品区的湿度变化范围仍比较大，湿度在52.6%～71.6%RH，波动范围19.0%RH，已超出标准规定的10%RH范围。而通过用木板和棉纱对样品区简单的遮挡，能大大降低该区域的湿度波动范围，湿度在58.5%～65.8%RH，波动范围7.3%RH，满足标准要求。

图1 恒温恒湿室示意图

图2 未采用木板和纱布遮挡时恒温恒湿室温、湿度变化

图3 采用木板和纱布遮挡后恒温恒湿室温、湿度变化

1.1.2 试件表面风速。

采用恒温恒湿箱养护试件时，由于恒温恒湿箱在设计时为保证箱体内部温、湿度的均匀，通常采用大功率的鼓风（标准《标准恒温恒湿箱检定规程》GJB/J3827-99中，未对风速提出要求，计量部门在检定时一般不会对风速进行校准）。对于试件表面风速，标准中并未作规定，而根据目前对多家膨胀剂产品（产地包括深圳、武汉、安徽）的检测情况，其21天空气中限制膨胀率测量结束后，试件仍表现出继续收缩特征，可见变形仍未稳定，由此，养护期间的风速可能对21天龄期的干缩值产生较大的影响，建议在以后标准修订中给出风速的上限值或延长养护龄期。在购买恒温恒湿箱时，应向设备生产厂家提出风速的要求，对于已购设备，若风速过大，可通过在箱体内加装带孔衬板的方式进行改造，衬板开孔的大小、位置、数量应结合箱体内部构造根据试验确定，在保证温、湿度指标符合《标准恒温恒湿箱检定规程》GJB/J3827要求的基础上，使风速降到规定的范围。

1.2 试件的温度线膨胀系数对测试结果的影响

用于检测限制膨胀率的试件为砂浆试件，砂浆中间埋有钢制纵向限制器具。标准规定的试件养护温度为（20±2）℃，温差4℃，砂浆的线膨胀系数与钢材接近，约为1.2×10-5/℃，由4℃温差带来试件的温度变形率为0.0048%（4℃×1.2×10-5/℃）。对于标准中的I型产品，这一变形率已达到了其7天水中限制膨胀率指标值（0.025%）的19.2%、21天空气中限制膨胀率指标值（0.020%）的24.0%。这说明即使在标准规定的温度范围内，由于试件温差变形，将可能对检测结果合格性判定带来相当大的影响。试验人员在测量前应注意观察试件所处的养护环境及测量环境的实际温度，保证各龄期测量温度较为一致。保证恒温恒湿室温度稳定的有效措施是采用变频空调控制温度及做好墙体和屋面的保温隔热处理，有条件时可将恒温恒湿室设置在地下室或采取房中房的结构。

钢制的标准杆也同样存在这种温差变形，但由于标准杆与钢制测试架在同一温度条件下放置，两者在工作时的温度变形可认为相互抵消，对测量结果不会产生影响。

1.3 保证长度测量值稳定应注意的几个方面

在长度测量时，通常采用一组试件重复测量的方式，以检验测量的稳定性。根据经验，正常情况，同一试件重复测量时千分表示值变化应在0.003mm内。但经常遇到测量值重现性差，出现这一问题可检查以下几方面：1、千分表端部测头连接松动。千分表的端部测头与连杆为螺纹连接，长久使用可能出现连接松动；2、纵向限制器具测头不够光圆或中间钢丝变形。观察测头表面状态和手指触摸基本可检查出测头是否光圆，对于中间杆变形检查可用卡尺测量纵向限制器两端钢板间的距离，当两端钢板四角间的4个测量值不一致，有可能为钢丝变形或两端钢板不平行；3、长度测量过程中试件的保湿。对于刚脱模的试件及水中取出的试件应立即用湿毛巾包裹，除测量读数外，均应有效包裹，测试区应避免正对空调出风口；4、检测人员应在一定测试经验基础上保持相同的测试手法。

2 结语

（1）养护环境湿度的准确测定取决于干湿球温度计的正确使用及选择合适的湿度计校准方式。用于包裹湿球的纱布，应有良好的的吸水性并保持清洁，纱布的包扎采用单层，其重叠部分不应大于球部周长的三分之一，润湿纱布要用蒸馏水。对于干湿球湿度计的校准，不应仅是对干球、湿球温度精度的校准，更应对湿度示值进行校准，校准后的湿度计在使用时，应注意使用时风速与校准时风速的差异，并需运用湿度校准因子修正测量值；

（2）对于恒温恒湿室，在空调、抽湿机等设施的共同作用下，室内空气是流动的，不断进行干、湿及冷、热交换，应采取措施确保样品区域的温、湿度稳定，试验表明，在采用变频空调时，温度可得到理想的控制，通过对样品区域简单的遮挡和纱布围护，可明显的降低该区域湿度的波动；

（3）注意恒温恒湿箱箱体内的风速对试件限制膨胀率值的影响，建议标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009在以后修订中给出试件表面风速的上限值。

（4）即使在标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009规定的养护温度范围（20±2）℃，根据限制膨胀率试件本身的温度线膨胀系数（约1.2×10-5/℃），4℃的温差所引起的温度变形率已达到标准中I型样品水中7天及空气中21天指标值的19.2%、24.0%，对检测结果合格性的判定影响很大，检测期间，应尽可能使各龄期测量温度一致；

（5）在测量试件长度时，对于重复测量时示值不稳定现象，应注意检查几方面：千分表端部测头连接松动、纵向限制器具测头不够光圆或中间钢丝变形、初始长度及水中7天长度测量过程中试件的保湿。

[1]《混凝土膨胀剂》GB23439-2009。

[2]《湿度测量方法》GB/T11605-2005