Expansionszement kann sich während des Hydratationsprozesses auf ein bestimmtes Volumen ausdehnen, während Silikatzement während des Erhärtungsprozesses oft schrumpft, was zu Rissen und Wasserdurchlässigkeit in Zementbauteilen führt. Expansionszement überwindet also die oben genannten Nachteile von Silikatzement und verbessert die Kompaktheit und Integrität von Zementbetonbauteilen.
Wenn Blähzement in Stahlbeton verwendet wird, verursacht die Ausdehnung des Betons eine spezifische Zugspannung auf die Stahlstäbe, und der Beton wird einer entsprechenden Druckspannung ausgesetzt. Diese Druckspannung kann verhindern, dass der Beton innere Mikrorisse bildet. Wenn ihr Wert signifikant ist, kann sie auch einen Teil der durch äußere Faktoren verursachten Zugspannung ausgleichen und so den Fehler der geringen Zugfestigkeit des Betons wirksam verbessern. Diese vorbestehende Druckspannung entsteht durch die Hydratation des Zements selbst und wird als Eigenspannung bezeichnet, und der „Eigenspannungswert“ (MPa) wird verwendet, um die Größe der im Beton erzeugten Druckspannung darzustellen.
Expansionszement mit unterschiedlichen Expansionswerten kann durch Anpassung des Anteils der verschiedenen Komponenten erhalten werden. Expansivzement kann je nach Größe der Selbstspannung in zwei Kategorien unterteilt werden. Wenn der Selbstspannungswert ≥2MPa ist, wird er als Selbstspannungszement bezeichnet; wenn der Selbstspannungswert <2MPa ist (normalerweise um 0,5MPa), wird er als Expansionszement bezeichnet.
Expansionszement, ein vielseitiges Material, kann je nach seinen Hauptbestandteilen in vier Kategorien eingeteilt werden: Silikat, Aluminat, Sulfoaluminat und Calciumaluminoferrat. Sein Expansionsmechanismus ist die Ausdehnung des im Zementstein gebildeten Calciumsulfonats. Silikat-Expansionszement bindet langsam ab und härtet langsam aus, während Aluminat-Expansionszement schnell abbindet und aushärtet.
Silikat-Expansionszement besteht aus Silikatzement als Hauptbestandteil, dem Aluminatzement und Gips hinzugefügt werden. Der Expansionswert wird durch Veränderung des Anteils an Tonerdezement und Gips eingestellt. Wird der Aluminatzement im Silikat-Expansionszement durch Alumit ersetzt, wird er als Alumit-Expansionszement bezeichnet. Der Hauptbestandteil von Alumit ist [K₂SO₄-Al₂(SO₄)₃-4Al(OH)₃], der Calciumsulfonat erzeugen kann und derzeit der beste Expansionszement ist. Wenn Aluminat-Expansionsmittel und Aluminat-Expansionsmittel zu Silikatzement hinzugefügt werden, kann die Wirkung von Expansionszement ebenfalls erzielt werden.
Aluminat-Expansivzement wird durch Mischen von Aluminat-Zementklinker und Dihydratgips oder durch getrenntes Mahlen und anschließendes Mischen hergestellt. Er hat die Vorteile eines hohen Selbstspannungswertes, einer guten Dichtigkeit und Luftdichtheit. Sulfoaluminat-Expansionszement besteht aus wasserfreiem Sulfoaluminat und Dicalciumsilikat als Hauptbestandteile sowie Gips.
Calciumferroaluminat-Expansionszement besteht aus einer Eisenphase, wasserfreiem Calciumsulfoaluminat, Dicalciumsilicat und Gips als Hauptbestandteilen.
Die folgenden Arten von Expansionszement mit ihren jeweils einzigartigen Eigenschaften und praktischen Anwendungen werden derzeit üblicherweise verwendet.
1. Alumit-Expansivzement
Als Alumitexpansionszement wird jedes hydraulische Zementmaterial mit expansiven Eigenschaften bezeichnet, das durch Mahlen von natürlichem Aluminat, Gips und granulierter Hochofenschlacke (oder Flugasche) in geeigneten Anteilen mit Silikatzementklinker als Hauptbestandteil hergestellt wird.
Alumitexpansionszement wird in drei Sorten unterteilt: 425, 525 und 625. Seine technischen Leistungsanforderungen sind wie folgt.
(1) Schwefeltrioxid
Der Schwefeltrioxidgehalt im Zement darf 8,0 % nicht überschreiten.
(2) Spezifische Oberfläche
Die spezifische Oberfläche von Zement darf nicht weniger als 420 m²/kg betragen.
(3) Abbindezeit
Die Anfangshärtung darf nicht früher als 45 Minuten und die Endhärtung nicht später als 6 Stunden erfolgen.
(4) Festigkeit
Die Zementfestigkeit jeder Sorte muss bei jedem Alter dem Wert in Tabelle 2-19 entsprechen.
(5) Ausdehnungsrate
Die freie Ausdehnungsrate von Zementsteinproben, die in Wasser in verschiedenen Altersstufen ausgehärtet sind, muss den folgenden Anforderungen entsprechen: 1d darf nicht weniger als 0,15% betragen; 28d darf nicht weniger als 0,35% aber nicht mehr als 1,20% betragen.
(6) Wasserdichtheit
1:3 Nachdem die Weichmörtelprobe 3 Tage lang in Wasser ausgehärtet ist, muss sie unter einem konstanten Druck von 1,0 MPa 8 Stunden lang undurchlässig sein (Anmerkung: Optionaler Indikator, anwendbar auf Anti-Sicker-Projekte. Wenn der Zement nicht in Anti-Sicker-Projekten verwendet wird, kann die Wasserdurchlässigkeitsprüfung nicht durchgeführt werden).
2. Mikroexpansionszement mit niedriger Wärmeentwicklung
Jedes hydraulische Zementmaterial mit niedriger Hydratationswärme und Mikroausdehnungsleistung, das durch Zugabe einer angemessenen Menge von Silikatzementklinker und Gips zu granulierter Hochofenschlacke als Hauptkomponente hergestellt wird, wird als Niedrigwärme-Mikroausdehnungszement mit dem Codenamen LHEC bezeichnet.
3. Selbstbeanspruchbarer Ferroaluminatzement
Selbstbeanspruchungs-Ferroaluminatzement ist ein starkes, expansives hydraulisches Zementmaterial, das durch Zugabe einer angemessenen Menge Gips zum Klinker hergestellt wird, der durch Kalzinieren von Rohstoffen mit einer geeigneten Zusammensetzung, wasserfreiem Kalziumsulfoaluminat, Eisenphase und Dikalziumsilikat als den wichtigsten mineralischen Bestandteilen gewonnen wird, und das die Bezeichnung SFAC erhält. Das Produkt wird nach dem 28d-Eigenspannungswert in drei Klassen unterteilt: 30, 40 und 50.
4. Selbstgespannter Silikatzement
Selbstgespannter Silikatzement oder Silikatexpansionszement ist ein dehnbares hydraulisches Zementmaterial, das durch Mahlen von gewöhnlichem Silikatzement, Tonerdezement und natürlichem Wassergips in geeigneten Anteilen hergestellt wird.
Selbstgespannter Silikatzementbeton schrumpft, wenn er an der Luft eingebaut wird, aber die Schwindungsrate beträgt nur 0,03 % bis 0,06 %. Nach erneuter Befeuchtung und Aushärtung können die durch das Schwinden verloren gegangenen Ausdehnungs- und Selbstspannungswerte wiederhergestellt werden. Selbstgespannter Silikatzement hat eine gute Frostbeständigkeit. Nach 150 Frost-Tau-Zyklen ist der Ausdehnungsgrad von 1:1 selbstgespanntem Zementmörtel derselbe wie bei Langzeithärtung in normal temperiertem Wasser, aber die Festigkeit kann während des Frost-Tau-Prozesses kontinuierlich verbessert werden.
