膨脹混凝土歷經國內外眾多學者半個多世紀的潛心研究，已經成為水泥基材料科學的一個重要分支，僅我國長期或短暫從事過該領域的研究者就不下千人。對膨脹混凝土研究和應用比較多的國家是前蘇聯(lián)、美國、中國和日本。中國建筑材料科學研究總院已故總工程師吳中偉教授于上世紀五十年代將該技術介紹到國內，我國開始了這方面的研究與應用工作，并一直活躍在國際研究和應用的前沿。中國建筑材料科學研究總院的幾代科技工作者謹遵吳中偉先生的教誨，不斷發(fā)展膨脹混凝土技術，引領著國內的發(fā)展方向。目前我國在這一領域無論是從事研究和生產應用的人員數(shù)量，還是膨脹混凝土的用量和使用范圍、相關標準體系的完善程度都處于國際領先地位。
我國正處于大規(guī)模建設階段，膨脹混凝土用量巨大。當前膨脹混凝土的研究熱點集中在新型膨脹材料的研發(fā)、簡化施工工藝的工程技術應用技術以及節(jié)材減排等方面。
新型膨脹材料的研發(fā)
膨脹混凝土的關鍵材料是膨脹性膠凝材料，過去都是使用膨脹水泥配制膨脹混凝土，現(xiàn)在普遍采用在普通水泥中摻加膨脹劑的技術路線。我國膨脹劑行業(yè)雖然經過20多年的發(fā)展，但產品技術水平還較低。國內現(xiàn)有膨脹劑生產企業(yè)近百家，膨脹劑年銷售量約100萬噸。目前我國生產的膨脹劑，其膨脹源大都是水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）。從水化機理來看，在水泥石中，由各種CaO、Al2O3、SO3來源所形成的鈣礬石都可能引起膨脹。我國大多數(shù)的膨脹劑采取的是固定CaO、SO3來源，變換Al2O3來源的技術路線，即CaO由硅酸鹽水泥水化提供，SO3由硬石膏提供，通過改變Al2O3 來源，如鋁酸鈣（高鋁水泥熟料）、硫鋁酸鈣（硫鋁水泥熟料）、明礬石、含鋁礦渣、煅燒礬土、高鋁煤矸石、高鋁粉煤灰、煅燒高嶺土、地開石，等等，各生產廠據此制定不同的生產配方，形成不同的膨脹劑。所以我國的膨脹劑一般是用硬石膏和含可溶Al2O3的礦物配制而成，且很多企業(yè)基于成本考慮，大多采用價格較低的含Al2O3礦物原料，這類膨脹劑的膨脹能比較小。國外只有日本生產膨脹劑，年產量約7萬噸，性能很好，代表性產品是日本電氣化學公司的CSA。
膨脹劑的現(xiàn)行產品標準是JC476-2001《混凝土膨脹劑》，2010年3月1日起實施GB23439-2009《混凝土膨脹劑》，JC476-2001《混凝土膨脹劑》即行廢止。
根據GB23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定，膨脹劑檢驗摻量統(tǒng)一為10%，按限制膨脹率的大小，將其分為兩種類型，Ⅰ型的限制膨脹率為 0.025%，是目前市場用量最廣的普通膨脹劑，Ⅱ型限制膨脹率為0.050%，是高品質膨脹劑，基本達到日本JISA6202《混凝土膨脹劑》標準的技術要求。新標準既鼓勵高膨脹能膨脹劑的發(fā)展，又顧及到低端產品，允許用工業(yè)廢渣制造膨脹劑，體現(xiàn)了節(jié)能減排的主旨思想，并增加了快速檢驗膨脹性能的參考試驗方法，是一部先進實用的標準。
目前，在我國的商品混凝土中，摻加30%～50%礦物摻合料漸成趨勢，摻合料在水化過程中要吸收水泥中的Ca(OH)2，才能形成次生C-S-H，一些水泥生產企業(yè)往往在水泥生產過程中就摻加了大量的混合材，因此混凝土可能存在“貧鈣”的潛在問題?；谶@種狀況，以CaO為主要膨脹源的膨脹劑是今后膨脹劑的發(fā)展方向，如中國建筑材料科學研究總院研制的HCSA雙膨脹源膨脹劑，其性能已經超過了日本的CSA。但是必須指出，不是用一般生石灰做原料，而是用特殊配料的、經過高溫煅燒的含CaO較多的專用膨脹熟料做原料。這類膨脹劑的膨脹相是通過固相反應過程形成，其反應條件不如溶解擴散析晶嚴苛，因此用于補償收縮混凝土有以下優(yōu)點：
（1）膨脹速度快、膨脹能大；
（2）對水養(yǎng)護的依賴程度相對較低；
（3）原料來源廣，成本低，可以節(jié)約大量高品質鋁礬土和石膏資源；
?。?）膨脹相Ca(OH)2在完成膨脹作用之后，可以進一步與高性能混凝土中摻合料所含的活性SiO2反應，生成C-S-H凝膠，對補充大摻量摻合料混凝土的Ca(OH)2、提高混凝土抵抗碳化具有重要作用。
另外，輕燒氧化鎂膨脹劑作為一種用于大壩混凝土裂縫控制的新材料，將會有很大的發(fā)展前途。但是由于氧化鎂膨脹劑具有延遲膨脹的性質，目前對其膨脹穩(wěn)定性還缺乏科學合理的評價方法，出于安全考慮，氧化鎂膨脹劑還不能用于一般的工業(yè)與民用建筑。
簡化施工工藝的工程應用技術
膨脹混凝土在工程應用領域的主要作用是超長混凝土結構連續(xù)施工和大體積混凝土裂縫控制。
為解決超長混凝土結構連續(xù)施工過程中混凝土的收縮開裂問題，常用的辦法是設置后澆帶，但是設置后澆帶的弊端很多，首先影響施工進度，按照規(guī)范規(guī)定，后澆帶至少需要42天以后，才能用膨脹混凝土回填；其次施工工藝繁雜，后澆帶貫穿于整個地下、地上結構，所到之處遇梁斷梁，遇板斷板，給施工帶來很多不便，模板支撐、處理工藝繁瑣，另外在后澆帶留置期間，將不可避免地落進各種垃圾雜物和施工用水，鋼筋將會出現(xiàn)銹蝕，在后澆帶填充混凝土之前，需將兩側混凝土鑿毛、清理，由于此處鋼筋密布，鑿毛、清理異常艱難、極其麻煩，處理不好往往會成為小滲漏和結構安全的隱患。另外，在施工大體積混凝土時，一般采取分層澆筑或鋪裝冷卻水管或加冰等降溫措施，施工工藝復雜，影響工程進度。采用膨脹混凝土后，這些問題迎刃而解，可以實現(xiàn)連續(xù)澆筑混凝土，不僅提高了工程質量，而且極大地簡化了施工工藝，節(jié)約大量工期。
由中國建筑材料科學研究總院主持制定的《補償收縮混凝土應用技術規(guī)程》JGJ/T178-2009，是國內外首部膨脹混凝土應用技術標準。該標準總結了我國膨脹混凝土20多年的使用經驗，從結構設計、原材料、混凝土配合比、生產、施工及驗收等方面對膨脹混凝土應用技術進行了詳細的規(guī)定，具有很強的實用性和可操作性，是指導膨脹混凝土應用的重要技術文件。未來一段時期內，宣傳和貫徹該標準將是工程應用領域的重要工作。
節(jié)材減排
膨脹混凝土另一個重要作用體現(xiàn)在節(jié)材減排方面，推廣膨脹混凝土技術，符合發(fā)展低碳經濟的要求。
俗話說，蒼蠅不叮無縫的蛋。鋼筋混凝土結構如果產生有害裂縫，其耐久性就無從談起，而裂縫又恰恰是普通混凝土結構的質量通病，始終沒有得到很好的解決。膨脹混凝土就是為解決普通混凝土的收縮裂縫應運而生的一種新材料，能夠顯著減少混凝土結構的收縮裂縫，提高結構混凝土耐久性，從而延長工程服役年限，這就是最大的節(jié)材。在可預見的一個時期，膨脹混凝土仍然是具有實用性的裂縫控制材料，而且其性價比也最優(yōu)。
膨脹混凝土另一個好的使用場所是地下工程防水，可以完全取消有機外防水，節(jié)約大量石化原料制造的有機防水材料。采用膨脹混凝土結構自防水技術，能夠實現(xiàn)工程防水與建筑結構等壽命，比有機防水材料的壽命要長很多倍。膨脹混凝土結構自防水技術施工簡便，特別適合在樁基礎、下反梁等復雜結構中。
另外膨脹混凝土在灌注樁工程中也具有很大的節(jié)材潛力。在高層建筑、橋梁、高速鐵路的基礎部分都需要使用大量的灌注樁。中國建筑材料科學研究總院的研究表明，在這些樁中，如果用膨脹混凝土替代普通混凝土，能夠提高單樁承載力15%左右，也就是說，相同情況下，使用膨脹混凝土能夠減少15%的用樁量，節(jié)材潛力巨大。
膨脹混凝土是改性和提高的普通混凝土，也可以視作特種混凝土，所以要想把膨脹混凝土做好，必先把普通混凝土做精。在膨脹混凝土應用過程中，一個關鍵技術是減少收縮，這就要求配制混凝土的過程中，在滿足性能要求的前提下，盡可能減少水泥用量。一般性能較好的膨脹混凝土，與相同強度等級的普通混凝土相比，其單方水泥用量約少50~100公斤，這對于減少二氧化碳排放具有十分重要的意義。
建筑、建材行業(yè)節(jié)能減排必須走堅持科學發(fā)展觀、堅持科技創(chuàng)新的道路，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，要依靠技術進步。膨脹混凝土在這方面具有顯著的技術優(yōu)勢，膨脹混凝土的技術進步將引領水泥混凝土行業(yè)節(jié)材減排的發(fā)展。
我國正處于大規(guī)模建設階段，膨脹混凝土用量巨大。當前膨脹混凝土的研究熱點集中在新型膨脹材料的研發(fā)、簡化施工工藝的工程技術應用技術以及節(jié)材減排等方面。
新型膨脹材料的研發(fā)
膨脹混凝土的關鍵材料是膨脹性膠凝材料，過去都是使用膨脹水泥配制膨脹混凝土，現(xiàn)在普遍采用在普通水泥中摻加膨脹劑的技術路線。我國膨脹劑行業(yè)雖然經過20多年的發(fā)展，但產品技術水平還較低。國內現(xiàn)有膨脹劑生產企業(yè)近百家，膨脹劑年銷售量約100萬噸。目前我國生產的膨脹劑，其膨脹源大都是水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）。從水化機理來看，在水泥石中，由各種CaO、Al2O3、SO3來源所形成的鈣礬石都可能引起膨脹。我國大多數(shù)的膨脹劑采取的是固定CaO、SO3來源，變換Al2O3來源的技術路線，即CaO由硅酸鹽水泥水化提供，SO3由硬石膏提供，通過改變Al2O3 來源，如鋁酸鈣（高鋁水泥熟料）、硫鋁酸鈣（硫鋁水泥熟料）、明礬石、含鋁礦渣、煅燒礬土、高鋁煤矸石、高鋁粉煤灰、煅燒高嶺土、地開石，等等，各生產廠據此制定不同的生產配方，形成不同的膨脹劑。所以我國的膨脹劑一般是用硬石膏和含可溶Al2O3的礦物配制而成，且很多企業(yè)基于成本考慮，大多采用價格較低的含Al2O3礦物原料，這類膨脹劑的膨脹能比較小。國外只有日本生產膨脹劑，年產量約7萬噸，性能很好，代表性產品是日本電氣化學公司的CSA。
膨脹劑的現(xiàn)行產品標準是JC476-2001《混凝土膨脹劑》，2010年3月1日起實施GB23439-2009《混凝土膨脹劑》，JC476-2001《混凝土膨脹劑》即行廢止。
根據GB23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定，膨脹劑檢驗摻量統(tǒng)一為10%，按限制膨脹率的大小，將其分為兩種類型，Ⅰ型的限制膨脹率為 0.025%，是目前市場用量最廣的普通膨脹劑，Ⅱ型限制膨脹率為0.050%，是高品質膨脹劑，基本達到日本JISA6202《混凝土膨脹劑》標準的技術要求。新標準既鼓勵高膨脹能膨脹劑的發(fā)展，又顧及到低端產品，允許用工業(yè)廢渣制造膨脹劑，體現(xiàn)了節(jié)能減排的主旨思想，并增加了快速檢驗膨脹性能的參考試驗方法，是一部先進實用的標準。
目前，在我國的商品混凝土中，摻加30%～50%礦物摻合料漸成趨勢，摻合料在水化過程中要吸收水泥中的Ca(OH)2，才能形成次生C-S-H，一些水泥生產企業(yè)往往在水泥生產過程中就摻加了大量的混合材，因此混凝土可能存在“貧鈣”的潛在問題?；谶@種狀況，以CaO為主要膨脹源的膨脹劑是今后膨脹劑的發(fā)展方向，如中國建筑材料科學研究總院研制的HCSA雙膨脹源膨脹劑，其性能已經超過了日本的CSA。但是必須指出，不是用一般生石灰做原料，而是用特殊配料的、經過高溫煅燒的含CaO較多的專用膨脹熟料做原料。這類膨脹劑的膨脹相是通過固相反應過程形成，其反應條件不如溶解擴散析晶嚴苛，因此用于補償收縮混凝土有以下優(yōu)點：
（1）膨脹速度快、膨脹能大；
（2）對水養(yǎng)護的依賴程度相對較低；
（3）原料來源廣，成本低，可以節(jié)約大量高品質鋁礬土和石膏資源；
?。?）膨脹相Ca(OH)2在完成膨脹作用之后，可以進一步與高性能混凝土中摻合料所含的活性SiO2反應，生成C-S-H凝膠，對補充大摻量摻合料混凝土的Ca(OH)2、提高混凝土抵抗碳化具有重要作用。
另外，輕燒氧化鎂膨脹劑作為一種用于大壩混凝土裂縫控制的新材料，將會有很大的發(fā)展前途。但是由于氧化鎂膨脹劑具有延遲膨脹的性質，目前對其膨脹穩(wěn)定性還缺乏科學合理的評價方法，出于安全考慮，氧化鎂膨脹劑還不能用于一般的工業(yè)與民用建筑。
簡化施工工藝的工程應用技術
膨脹混凝土在工程應用領域的主要作用是超長混凝土結構連續(xù)施工和大體積混凝土裂縫控制。
為解決超長混凝土結構連續(xù)施工過程中混凝土的收縮開裂問題，常用的辦法是設置后澆帶，但是設置后澆帶的弊端很多，首先影響施工進度，按照規(guī)范規(guī)定，后澆帶至少需要42天以后，才能用膨脹混凝土回填；其次施工工藝繁雜，后澆帶貫穿于整個地下、地上結構，所到之處遇梁斷梁，遇板斷板，給施工帶來很多不便，模板支撐、處理工藝繁瑣，另外在后澆帶留置期間，將不可避免地落進各種垃圾雜物和施工用水，鋼筋將會出現(xiàn)銹蝕，在后澆帶填充混凝土之前，需將兩側混凝土鑿毛、清理，由于此處鋼筋密布，鑿毛、清理異常艱難、極其麻煩，處理不好往往會成為小滲漏和結構安全的隱患。另外，在施工大體積混凝土時，一般采取分層澆筑或鋪裝冷卻水管或加冰等降溫措施，施工工藝復雜，影響工程進度。采用膨脹混凝土后，這些問題迎刃而解，可以實現(xiàn)連續(xù)澆筑混凝土，不僅提高了工程質量，而且極大地簡化了施工工藝，節(jié)約大量工期。
由中國建筑材料科學研究總院主持制定的《補償收縮混凝土應用技術規(guī)程》JGJ/T178-2009，是國內外首部膨脹混凝土應用技術標準。該標準總結了我國膨脹混凝土20多年的使用經驗，從結構設計、原材料、混凝土配合比、生產、施工及驗收等方面對膨脹混凝土應用技術進行了詳細的規(guī)定，具有很強的實用性和可操作性，是指導膨脹混凝土應用的重要技術文件。未來一段時期內，宣傳和貫徹該標準將是工程應用領域的重要工作。
節(jié)材減排
膨脹混凝土另一個重要作用體現(xiàn)在節(jié)材減排方面，推廣膨脹混凝土技術，符合發(fā)展低碳經濟的要求。
俗話說，蒼蠅不叮無縫的蛋。鋼筋混凝土結構如果產生有害裂縫，其耐久性就無從談起，而裂縫又恰恰是普通混凝土結構的質量通病，始終沒有得到很好的解決。膨脹混凝土就是為解決普通混凝土的收縮裂縫應運而生的一種新材料，能夠顯著減少混凝土結構的收縮裂縫，提高結構混凝土耐久性，從而延長工程服役年限，這就是最大的節(jié)材。在可預見的一個時期，膨脹混凝土仍然是具有實用性的裂縫控制材料，而且其性價比也最優(yōu)。
膨脹混凝土另一個好的使用場所是地下工程防水，可以完全取消有機外防水，節(jié)約大量石化原料制造的有機防水材料。采用膨脹混凝土結構自防水技術，能夠實現(xiàn)工程防水與建筑結構等壽命，比有機防水材料的壽命要長很多倍。膨脹混凝土結構自防水技術施工簡便，特別適合在樁基礎、下反梁等復雜結構中。
另外膨脹混凝土在灌注樁工程中也具有很大的節(jié)材潛力。在高層建筑、橋梁、高速鐵路的基礎部分都需要使用大量的灌注樁。中國建筑材料科學研究總院的研究表明，在這些樁中，如果用膨脹混凝土替代普通混凝土，能夠提高單樁承載力15%左右，也就是說，相同情況下，使用膨脹混凝土能夠減少15%的用樁量，節(jié)材潛力巨大。
膨脹混凝土是改性和提高的普通混凝土，也可以視作特種混凝土，所以要想把膨脹混凝土做好，必先把普通混凝土做精。在膨脹混凝土應用過程中，一個關鍵技術是減少收縮，這就要求配制混凝土的過程中，在滿足性能要求的前提下，盡可能減少水泥用量。一般性能較好的膨脹混凝土，與相同強度等級的普通混凝土相比，其單方水泥用量約少50~100公斤，這對于減少二氧化碳排放具有十分重要的意義。
建筑、建材行業(yè)節(jié)能減排必須走堅持科學發(fā)展觀、堅持科技創(chuàng)新的道路，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，要依靠技術進步。膨脹混凝土在這方面具有顯著的技術優(yōu)勢，膨脹混凝土的技術進步將引領水泥混凝土行業(yè)節(jié)材減排的發(fā)展。
