外加剂对参窝水库溢流面补强混凝土性能的影响

岳峰

（辽宁省参窝水库管理局，辽宁辽阳 111000）

1 工程概况

参窝水库位于辽宁省辽阳市东约40km处的太子河干流上，是一座以防洪、灌溉、工业供水为主，并结合工农业供水进行发电的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。总库容791×106m3。大坝为混凝土重力坝，最大坝高50.3m，全长532m。工程溢流面水饱和混凝土冻融破坏较为严重。经现场检测分析，溢流面冻融破坏区域达到65.1%，最大破坏深度为500mm，影响大坝的安全运行。因此，在除险加固中，采取了凿旧补新的方法进行溢流面混凝土冻融破坏处理，即凿去溢流面表面至少300mm厚的混凝土，采用滑模施工，回填C30，W6，F300高标号防冻混凝土。混凝土水灰比为0.368，砂率为34%，采用大坝硅酸盐水泥525号，木钙减水剂掺量为水泥质量的0.25%，AEA202型引气剂掺量为水泥质量的0.006%，UEA普通型膨胀剂掺量为水泥质量的10%。

2 外加剂对补强混凝土性能的影响

2.1 减水剂

减水剂是混凝土外加剂中应用面最广、使用量最大的一种。参窝水库溢流面补强混凝土掺入的是普通减水剂——木质素磺酸钙，简称木钙，掺量为水泥质量的0.25%。掺入减水剂后，对混凝土的和易性、强度、耐久性、凝结时间等诸多性能有影响。

（1）改善混凝土和易性。掺入木钙后，由于吸附作用、分散作用、电性作用、表面自由能降低等作用，使存在于水泥浆体絮凝结构中的游离水释放出来。水泥颗粒间的电性斥力作用、水化膜的润滑作用使水泥浆体流变性能增加，即和易性变好。

（2）对混凝土强度的影响。加入木钙后，因其减水作用可以明显降低水灰比，混凝土内部的孔隙体积可以大幅度减小，使混凝土更为致密，强度也就显著提高。然而，木钙对混凝土强度的影响主要表现在抗压强度上，对抗拉强度的作用却并不明显。

（3）对混凝土抗渗性能和抗冻融性能的影响。加入木钙后，混凝土的水灰比降低，提高了混凝土的密实性，引入的少量气泡阻断了连通毛细管的通道，使混凝土的抗渗性能提高。

（4）对混凝土凝结时间的影响。木钙能够延缓混凝土的凝结时间，大约能延长初终凝时间25%。这对于溢流面，且采用滑模施工方法的混凝土浇筑来说，是非常不利的。

2.2 引气剂

引气剂能使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分部、稳定而封闭的微小气泡，从而改善混凝土的耐久性与和易性。参窝水库溢流面补强混凝土掺入的是AEA202型引气剂，掺量为水泥质量的0.006%，其对混凝土抗冻融性能、抗渗性能、抗压强度等有较大的影响。

（1）提高混凝土抗冻融性能。引气剂改善混凝土的抗冻融性能十分明显。由于引气剂引入了大量微小气泡，均匀分部在混凝土内部，缓和了冻涨应力和静水压力，这就可以显著提高混凝土承受反复冻融循环的能力。引气剂的使用，有力地保证了参窝水库溢流面补强混凝土能够达到F300的抗冻融要求。

（2）提高混凝土抗渗性能。掺入引气剂不但可减少用水量，改善和易性，使混凝土集料与胶结材料界面上的毛细孔减少，而且引入的大量微小气泡分布在混凝土结构的空隙中，又多汇集于毛细管的通路上，相当于切断了毛细管，使混凝土的抗渗性能明显提高。

（3）降低混凝土抗压强度。引气剂增加了混凝土中的气泡，因而减小了浆体的有效面积，造成了混凝土抗压强度的降低。对于参窝水库溢流面补强混凝土来说，掺入的AEA202型引气剂对混凝土强度的不利影响，可以由减水剂木钙来弥补，从而还可以使补强混凝土达到C30的设计要求。

2.3 膨胀剂

混凝土在浇筑硬化过程中，由于化学减缩、冷缩、和干缩等原因会引起体积收缩，其收缩值大约为自身体积的0.04%～0.06%。膨胀剂能使混凝土产生一定体积膨胀，从而抵消收缩。参窝水库溢流面补强混凝土掺入的是UEA普通型膨胀剂，掺量为水泥质量的10%。

（1）对混凝土干缩的影响。根据参窝大坝溢流面补强混凝土干缩试验成果表（见表1），补强混凝土掺入UEA普通型膨胀剂后，其早期有明显的膨胀作用，7d以后，混凝土开始收缩，14～28d，收缩幅度加大，28d以后，收缩幅度逐渐变小。此时，虽然混凝土的抗拉强度得到了增长，但由于浇筑层过薄，新浇混凝土的抗拉强度不能抵抗干缩产生的应力，裂缝就会产生。因此，加膨胀剂只能抵消早期应力，不能避免裂缝的产生，只是推迟了裂缝产生的时间。

表1 参窝大坝溢流面补强混凝土干缩试验成果表

（2）对混凝土抗渗性能和抗冻融性能的影响。UEA普通型膨胀剂在水化过程中要生成大于自身体积的水化产物，提高了混凝土结构的密实性，对混凝土抗渗性能和抗冻融性能都有所提高。

（3）对混凝土凝结时间的影响。掺入UEA普通型膨胀剂后，膨胀剂早期生成的钙矾石加快了水泥的水化进度，因而使混凝土凝结时间略有缩短。而且其对混凝土凝结时间的影响还和温度有关，温度越高，缩短凝结时间的影响就越明显。

3 结语

（1）参窝水库溢流面补强混凝土施工自2000年4月开始，到2001年6月结束，共浇筑混凝土2840m3。补强混凝土浇筑后15d，逐渐出现多条垂直于水流方向的水平裂缝。裂缝经修补后安全运行至今，期间经受了数次大流量泄流的考验。

（2）参窝水库溢流面补强混凝土掺入了减水剂、引气剂、膨胀剂等外加剂，改善了混凝土和易性、提高了混凝土强度和耐久性，满足了C30，W6，F300高强抗冻混凝土的设计要求。应该说，外加剂在其中起到了很大的作用，但是膨胀剂对抵抗混凝土的干缩效果不是十分理想，虽然不能据此就断定这是补强混凝土产生多条裂缝的主要原因，但至少没有起到预先设想的作用。

[1]熊大玉，王小虹.混凝土外加剂[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]王远迪，等.参窝大坝溢流面裂缝检测及成因分析[J].东北水利水电，2007，（6）.