混凝土膨胀剂作用机理：混凝土膨胀剂是补偿收缩的理想材料，干缩和温差收缩是主要原因。加入到砼中，拌水后生成大量膨胀性结晶水化物，使其产生适度的膨胀，在钢筋和邻位的约束下，产生的膨胀能转为压应力，这一应力可抵消砼在硬化中的收缩拉应力，因而减少了裂缝。防水性能混凝土的防水主要是提高自身的密实和增水性，以满足其抗渗性和不透水性。但是由于砼存在收缩，而收缩所引起的应力，足以使结构产生变形，以至裂缝。由于开裂就使混凝土防水失去了一道最根本的防线。这是建筑物渗漏的主要原因。结晶物不断填充孔隙，促使砼内部密实，提高砼的防渗抗酸、抗碱、抗化学侵蚀能力和微膨胀能力，本剂能达到膨胀剂、防水剂的各项指标。一种塑性期膨胀与硬化期膨胀的双重效应，充分补偿混凝土收缩，小掺量且兼有膨胀、减水、防渗、抗裂等复合功能的混凝土外加剂。它按一定比例掺入混凝土或砂浆中， 可在限制的条件下产生膨胀应力，从而起到补偿收缩，防止混凝土产生裂缝， 提高混凝土抗渗能力的作用。 并可等量替代水泥，且对钢筋粘接力无任何不良影响，对钢筋无锈蚀作用。混凝土膨胀剂主要用途：配制补偿收缩、接缝填充混凝土，用于抗裂抗渗，结构自防水，水池与刚性防水屋面工程；配制自应力混凝土，用于水泥制品。
首先，现在的外加剂标准规定外加剂的碱含量不得大于0.75%，市场上销售的产品大多在0.3~0.6%，比一般的水泥还要低，外加剂以内掺法掺加，只能降低混凝土的总碱含量。
其次，外加剂作为混凝土的一个组成材料，与水泥和其它矿物外加剂(粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉等)一样，其掺量应该根据设计要求的限制膨胀率或自应力值，通过试配确定，不能人为限定上限，否则像自应力混凝土、需要较大膨胀量的一些工程部位将会因膨胀不足而发生工程质量事故。
另外，百分比掺量本身也有很大的局限性，强度等级C20的混凝土和强度等级C60的混凝土由于胶凝材料用量悬殊，以8%掺量为例，C20中外加剂用量不足20kg/`m^3`，而C60中外加剂将达到40~50kg/`m^3`，会出现C20混凝土膨胀量不足而C60混凝土膨胀量过大的情况。
混凝土外加剂在混凝土中的参量一般比较大，氧化钙类外加剂的掺量一般为水泥质量的3%-5%，硫铝酸钙类外加剂的掺量一般为水泥质量的8%-12%，且需要膨胀率大时，它们的掺量应该更大。
外加剂一般按照内掺法进行，其计算方法为：
外加剂掺量=m外加剂/（m水泥+m外加剂）×100%
式中：m外加剂——外加剂质量 m水泥 ——水泥质量
外加剂对混凝土性能的影响：
1、对混凝土膨胀率的影响，以下除对比变量外，其他控制变量都相同
（1）外加剂掺量越大，混凝土的膨胀能越大。
（2）混凝土配筋率越大，膨胀率越小。
2、对混凝土凝结时间的影响
对混凝土的凝结时间影响不大，这是因为外加剂的组分一般要在水泥水化硬化以后才开始产生作用。但是掺硫铝酸钙类外加剂的混凝土其凝结时间一般要比不掺者虽短20-60min,原因是硫铝酸钙类外加剂中含有石膏组分和铝酸盐组分，促进了水泥的水化。
3、对混凝土强度的影响
掺外加剂的混凝土一般早期抗压强度有所增长，但后期抗压强度与外加剂掺量关系较大。对于自由膨胀的混凝土，当外加剂掺量较大时往往导致混凝土后期抗压强度有所降低。但是对于受约束作用的混凝土，即使外加剂掺量较大时，由于混凝土的膨胀能受到钢筋的约束，使得混凝土的内部结构更加密实，混凝土抗压强度增加。
4、对混凝土强度的影响
膨胀结束后的膨胀混凝土，其收缩与徐变值与普通混凝土相似。但是在限制条件下，膨胀混凝土的干缩值略低于普通混凝土。
5、对混凝土和易性的影响
掺外加剂的混凝土，一般需水量稍大，拌合物黏聚性较好，保水性优良。但是掺加外加剂的混凝土一般坍落度损失较快，尤其是同时掺加外加剂和减水剂的混凝土，有时坍落度损失过快，以至于无法满足运输需求。
6、对混凝土抗渗性、抗冻性的影响
对于自由膨胀的混凝土，外加剂掺量较低时，膨胀产物主要填充混凝土内部毛细孔和大孔，起到密实作用，对于提高混凝土抗渗性很有帮助。但是当掺量过大时，过高的膨胀能会导致混凝土内部出现微裂纹，反而使混凝土抗渗性下降。由于混凝土抗渗性提高，掺外加剂可以同时改善混凝土抗冻性。
混凝土外加剂在工程应用中应注意的问题：
1、掺外加剂的混凝土其胶凝材料用量不得太低
如果胶凝材料用量过低，一方面不能混凝土和易性要求，另一方面也不能有效发挥膨胀作用和补偿收缩作用。胶凝材料用量应符合下表：
2、水泥用量
用于有抗渗要求的补偿收缩混凝土，水泥用量应不小于320kg/m3，当掺入掺合料时，其水泥用量不应小于280kg/m3。
3、水胶比
水胶比不宜过大。水胶比太大，一方面会使混凝土抗压强度过低，另一方面也不利于混凝土的抗渗性和耐久性。掺外加剂的混凝土其水胶比不宜大于0.50。
4、外加剂掺量
不同外加剂掺量不同。为保证膨胀率，外加剂的掺量必须足够，同时，外加剂的掺量不得过大，过大会危害到混凝土的强度和耐久性。
以硫铝酸盐类外加剂为例，在补偿收缩混凝土中的掺量不宜大于12%，不宜小于6%。在填充用膨胀混凝土中的掺量不宜大于15%，不宜小于10%。
5、外加剂与其他外加剂的适应性
外加剂与大多数外加剂都可复合使用，但应特别注意，外加剂不宜与氯盐类外加剂复合使用，与防冻剂复合使用时应慎重。同时，外加剂与泵送剂复合使用时往往影响混凝土的坍落度保持性，应进行试验检验他们的适应性。外加剂与聚羧酸系减水剂的适应性较好。
混凝土外加剂按其主要功能分为四类：
1、改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。
2、调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。
3、改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。
4、改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、着色剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。
混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。
这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。
扩展资料：
外加剂在改善混凝土的性能方面具有以下作用：
1、可以减少混凝土的用水量.或者不增加用水量就能增加混凝土的流动度。
2、可以调整混凝土的凝结时间。
3、减少泌水和离析.改善和易性和抗水淘洗性。
4、可以减少坍落度损失.增加泵送混凝土的可泵性。
5、可以减少收缩.加入膨胀剂还可以补偿收缩。
6、延缓混凝土初期水化热.降低大体积混凝土的温升速度，减少裂缝发生。
7、提高混凝土早期强度.防止负温下冻结。
8、提高强度，增加抗冻性、抗渗性、抗磨性、耐腐蚀性。
9、控制碱一骨料反应.阻止钢筋锈蚀，减少氯离子扩散。
10、制成其他特殊性能的混凝土。
11、降低混凝土粘度系数等。
混凝土外加剂包括：
1、改善混凝土拌合物和易性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；
2、调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；
3、改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等；
4、改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。
外加剂在改善混凝土的性能方面具有以下作用：
1、可以减少混凝土的用水量.或者不增加用水量就能增加混凝土的流动度。
2、可以调整混凝土的凝结时间。
3、减少泌水和离析.改善和易性和抗水淘洗性。
4、可以减少坍落度损失.增加泵送混凝土的可泵性。
5、可以减少收缩.加入膨胀剂还可以补偿收缩。
6、延缓混凝土初期水化热.降低大体积混凝土的温升速度，减少裂缝发生。
7、提高混凝土早期强度.防止负温下冻结。
8、提高强度，增加抗冻性、抗渗性、抗磨性、耐腐蚀性。
9、控制碱一骨料反应.阻止钢筋锈蚀，减少氯离子扩散。
10、制成其他特殊性能的混凝土等。
补偿收缩混凝土，俗称微膨胀混凝土。混凝土在水化过程中有一定的体积收缩。为了避免混凝土自收缩导致混凝土裂缝的出现，需要添加膨胀剂，膨胀剂掺量(内掺）一般在胶材的6%-12%之间，不同的膨胀剂产品膨胀性能也不尽相同。
掺加膨胀剂，使混凝土限制膨胀率达到标准要求。参考标准：《补偿收缩混凝土应用技术规程JGJ-T178-2009 》
水工混凝土常用的外加剂种类主要有减水剂、缓凝剂、引气剂以及各种复合性的外加剂，如缓凝减水剂或缓凝高效减水剂、早强减水剂、引气减水剂。
根据特殊需要，也掺用其它种类的外加剂，如泵送剂、防水剂、防冻剂等等。
在混凝土中加入适量的外加剂，能提高混凝土质量，改善混凝土性能，减少混凝土用水量，节约水泥，降低成本，加快施工进度。
性能作用
总体来说，外加剂在改善混凝土的性能方面具有以下作用：
( 1 )可以减少混凝土的用水量．或者不增加用水量就能增加混凝土的流动度。
( 2 )可以调整混凝土的凝结时间。
( 3 )减少泌水和离析．改善和易性和抗水淘洗性。
( 4 )可以减少坍落度损失．增加泵送混凝土的可泵性。
( 5 )可以减少收缩．加入膨胀剂还可以补偿收缩。
( 6 )延缓混凝土初期水化热．降低大体积混凝土的温升速度，减少裂缝发生。
( 7 )提高混凝土早期强度．防止负温下冻结。
( 8 )提高强度，增加抗冻性、抗渗性、抗磨性、耐腐蚀性。
最初使用外加剂，仅仅是为了节约水泥，随着建筑技术的发展，掺用外加剂已成为改善混凝土性能的主要措施。由于有了高效减水剂，大流动度混凝土、自密实混凝土、高强混凝土得到应用;由于有了增稠剂，水下混凝土的性能得以改善：由于有了缓凝剂，水泥的凝结时间得以延长，才有可能减少坍落度损失，延长施工操作时间：由于有了防冻剂，溶液冰点得以降低，或者冰晶结构变形不致造成冻害.才可能在负温下进行施工等。总体来说，外加剂在改善混凝土的性能方面具有以下作用：( 1 )可以减少混凝土的用水量.或者不增加用水量就能增加混凝土的流动度。( 2 )可以调整混凝土的凝结时间。( 3 )减少泌水和离析.改善和易性和抗水淘洗性。( 4 )可以减少坍落度损失.增加泵送混凝土的可泵性。( 5 )可以减少收缩.加入膨胀剂还可以补偿收缩。( 6 )延缓混凝土初期水化热.降低大体积混凝土的温升速度，减少裂缝发生。( 7 )提高混凝土早期强度.防止负温下冻结。( 8 )提高强度，增加抗冻性、抗渗性、抗磨性、耐腐蚀性。( 9 )控制碱一骨料反应.阻止钢筋锈蚀，减少氯离子扩散。( 10 )制成其他特殊性能的混凝土。（11）降低混凝土粘度系数等。在混凝土中加人外加剂后，由于品种不同，产生的作用也各异，多数是产生物理作用，例如吸附于水泥粒子表面形成吸附膜，改变了电位，产生不同的吸力或斥力;有的会破坏絮凝结构，提高水泥扩散体系的稳定性，改善水泥水化的条件：有的能形成大分子结构，改变水泥粒子表面的吸附状态;有的会降低水的表面张力和表面能等：还有少数直接参与化学反应，与水泥生成新的化合物。 由于外加剂能有效地改善混凝土的性能，而且具有良好的经济效益.在许多国家都得到广泛的应用，成为混凝土中不可或缺的材料。尤其是高效能减少剂的使用.水泥粒子能得到充分的分散，用水量大大减少，水泥潜能得到充分发挥.致使水泥石较为致密，孔结构和界面区微结构得到很好的改善，从而使得混凝土的物理力学性能有了很大的提高，无论是不透水性，还是氯离子扩散、碳化、抗硫酸盐侵蚀.以及抗冲、耐磨性能等各方面均优于不掺外加剂的混凝土，不仅提高了强度，改善和易性.还可以提高混凝土的耐久性。只有掺用高效减水剂，配制高施工性、高强度、高耐久性的高性能混凝土才有可能实现。 普通减水剂water-reducing admixture在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。常用的减水剂是阴离子表面活性剂。高效减水剂superplasticizer在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。缓凝减水剂set retarding and water-reducing admixture兼有缓凝和减水功能的外加剂。早强减水剂hardening accelerating and water reducing admixture兼有早强和减水功能的外加剂。引气减水剂air entraining and water reducing admixture兼有引气和减水功能的外加剂。 早强剂Hardening Accelerating Admixture提高混凝土早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。 缓凝剂set retarder延长混凝土凝结时间的外加剂。 引气剂 air entraining admixture在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 防水剂water repellent admixture能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。 阻锈剂 anti-corrosion admixture能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂。 加气剂gas forming admixture混凝土制备过程中因发生化学反应，放出气体，而使混凝土中形成大量气孔的外加剂。 膨胀剂 expanding admixture能补偿混凝土收缩的外加剂。 防冻剂anti-freezing admixture能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻，强度的外加剂。 着色剂 coloring admixture能制备具有稳定色彩混凝土的外加剂。 速凝剂flash setting admixture能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。 泵送剂 pumping aid能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。制作泵送剂的材料有高效减水剂、缓凝剂、引气剂和增稠剂。
