外加劑對參窩水庫溢流面補強混凝土性能的影響

岳峰

（遼寧省參窩水庫管理局，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

參窩水庫位于遼寧省遼陽市東約40km處的太子河干流上，是一座以防洪、灌溉、工業供水為主，并結合工農業供水進行發電的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。總庫容791×106m3。大壩為混凝土重力壩，最大壩高50.3m，全長532m。工程溢流面水飽和混凝土凍融破壞較為嚴重。經現場檢測分析，溢流面凍融破壞區域達到65.1%，最大破壞深度為500mm，影響大壩的安全運行。因此，在除險加固中，采取了鑿舊補新的方法進行溢流面混凝土凍融破壞處理，即鑿去溢流面表面至少300mm厚的混凝土，采用滑模施工，回填C30，W6，F300高標號防凍混凝土。混凝土水灰比為0.368，砂率為34%，采用大壩硅酸鹽水泥525號，木鈣減水劑摻量為水泥質量的0.25%，AEA202型引氣劑摻量為水泥質量的0.006%，UEA普通型膨脹劑摻量為水泥質量的10%。

2 外加劑對補強混凝土性能的影響

2.1 減水劑

減水劑是混凝土外加劑中應用面最廣、使用量最大的一種。參窩水庫溢流面補強混凝土摻入的是普通減水劑——木質素磺酸鈣，簡稱木鈣，摻量為水泥質量的0.25%。摻入減水劑后，對混凝土的和易性、強度、耐久性、凝結時間等諸多性能有影響。

（1）改善混凝土和易性。摻入木鈣后，由于吸附作用、分散作用、電性作用、表面自由能降低等作用，使存在于水泥漿體絮凝結構中的游離水釋放出來。水泥顆粒間的電性斥力作用、水化膜的潤滑作用使水泥漿體流變性能增加，即和易性變好。

（2）對混凝土強度的影響。加入木鈣后，因其減水作用可以明顯降低水灰比，混凝土內部的孔隙體積可以大幅度減小，使混凝土更為致密，強度也就顯著提高。然而，木鈣對混凝土強度的影響主要表現在抗壓強度上，對抗拉強度的作用卻并不明顯。

（3）對混凝土抗滲性能和抗凍融性能的影響。加入木鈣后，混凝土的水灰比降低，提高了混凝土的密實性，引入的少量氣泡阻斷了連通毛細管的通道，使混凝土的抗滲性能提高。

（4）對混凝土凝結時間的影響。木鈣能夠延緩混凝土的凝結時間，大約能延長初終凝時間25%。這對于溢流面，且采用滑模施工方法的混凝土澆筑來說，是非常不利的。

2.2 引氣劑

引氣劑能使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻分部、穩定而封閉的微小氣泡，從而改善混凝土的耐久性與和易性。參窩水庫溢流面補強混凝土摻入的是AEA202型引氣劑，摻量為水泥質量的0.006%，其對混凝土抗凍融性能、抗滲性能、抗壓強度等有較大的影響。

（1）提高混凝土抗凍融性能。引氣劑改善混凝土的抗凍融性能十分明顯。由于引氣劑引入了大量微小氣泡，均勻分部在混凝土內部，緩和了凍漲應力和靜水壓力，這就可以顯著提高混凝土承受反復凍融循環的能力。引氣劑的使用，有力地保證了參窩水庫溢流面補強混凝土能夠達到F300的抗凍融要求。

（2）提高混凝土抗滲性能。摻入引氣劑不但可減少用水量，改善和易性，使混凝土集料與膠結材料界面上的毛細孔減少，而且引入的大量微小氣泡分布在混凝土結構的空隙中，又多匯集于毛細管的通路上，相當于切斷了毛細管，使混凝土的抗滲性能明顯提高。

（3）降低混凝土抗壓強度。引氣劑增加了混凝土中的氣泡，因而減小了漿體的有效面積，造成了混凝土抗壓強度的降低。對于參窩水庫溢流面補強混凝土來說，摻入的AEA202型引氣劑對混凝土強度的不利影響，可以由減水劑木鈣來彌補，從而還可以使補強混凝土達到C30的設計要求。

2.3 膨脹劑

混凝土在澆筑硬化過程中，由于化學減縮、冷縮、和干縮等原因會引起體積收縮，其收縮值大約為自身體積的0.04%～0.06%。膨脹劑能使混凝土產生一定體積膨脹，從而抵消收縮。參窩水庫溢流面補強混凝土摻入的是UEA普通型膨脹劑，摻量為水泥質量的10%。

（1）對混凝土干縮的影響。根據參窩大壩溢流面補強混凝土干縮試驗成果表（見表1），補強混凝土摻入UEA普通型膨脹劑后，其早期有明顯的膨脹作用，7d以后，混凝土開始收縮，14～28d，收縮幅度加大，28d以后，收縮幅度逐漸變小。此時，雖然混凝土的抗拉強度得到了增長，但由于澆筑層過薄，新澆混凝土的抗拉強度不能抵抗干縮產生的應力，裂縫就會產生。因此，加膨脹劑只能抵消早期應力，不能避免裂縫的產生，只是推遲了裂縫產生的時間。

表1 參窩大壩溢流面補強混凝土干縮試驗成果表

（2）對混凝土抗滲性能和抗凍融性能的影響。UEA普通型膨脹劑在水化過程中要生成大于自身體積的水化產物，提高了混凝土結構的密實性，對混凝土抗滲性能和抗凍融性能都有所提高。

（3）對混凝土凝結時間的影響。摻入UEA普通型膨脹劑后，膨脹劑早期生成的鈣礬石加快了水泥的水化進度，因而使混凝土凝結時間略有縮短。而且其對混凝土凝結時間的影響還和溫度有關，溫度越高，縮短凝結時間的影響就越明顯。

3 結語

（1）參窩水庫溢流面補強混凝土施工自2000年4月開始，到2001年6月結束，共澆筑混凝土2840m3。補強混凝土澆筑后15d，逐漸出現多條垂直于水流方向的水平裂縫。裂縫經修補后安全運行至今，期間經受了數次大流量泄流的考驗。

（2）參窩水庫溢流面補強混凝土摻入了減水劑、引氣劑、膨脹劑等外加劑，改善了混凝土和易性、提高了混凝土強度和耐久性，滿足了C30，W6，F300高強抗凍混凝土的設計要求。應該說，外加劑在其中起到了很大的作用，但是膨脹劑對抵抗混凝土的干縮效果不是十分理想，雖然不能據此就斷定這是補強混凝土產生多條裂縫的主要原因，但至少沒有起到預先設想的作用。

[1]熊大玉，王小虹.混凝土外加劑[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]王遠迪，等.參窩大壩溢流面裂縫檢測及成因分析[J].東北水利水電，2007，（6）.