浅谈混凝土外加剂在水利工程中的应用

(新疆志翔工程建设咨询监理有限责任公司，石河子市，832000) 王新华

近年来，各项建筑新技术得到广泛的应用，尤其是混凝土的应用，有效的提高了施工的效率。随着建筑业的发展，对混凝土提出了早强、可调凝、高强、高密实性、大流动度、高耐久性、轻质、低水化热的要求，并且需要制备成本低，易成型、易养护等优点。但是混凝土外加剂与水泥存在着一定的适应性问题，如何协调好混凝土外加剂与水泥的适应性，对于提高混凝土的性能至关重要。因此，如何更好使用外加剂，改善混凝土外加剂与水泥适应性，对于提高混凝土性能，充分发挥混凝土在水利工程的重要作用有着重大意义。

1 混凝土外加剂在水利工程的作用

1.1 有极强的自养水泥砂浆的作用

混凝土外加剂砂浆抹面混凝土试件模拟U形渠，对改善水泥砂浆试件抗渗、抗压、自养性能的试验。用有机硅和水按规定比例配备的溶液（以下简称硅水)拌制砂浆试件，28d龄期时的抗透水压能力可提高到0.62kPa左右，而未掺有机硅的对照空白试件抗透水压能力在0.2MPa左右，透水压力比达310%。用硅水拌制的砂浆试件在不养护条件下，7d，28d龄期时的抗压强度分别达到空白试件（养护）的110%和113%；有机硅试件在养护条件下，7d.28d龄期时，抗压强度分别达到空白试件(养护)的114%和124%。试验说明：相同温度、湿度条件下，有机硅具有极强的自养水泥砂浆的作用；7d，28d龄期时，不进行养护的有机硅试件的抗压强度超过正常养护的有机硅试件的抗压强度和正常养护的空白试件抗压强度。

1.2 改善水泥砂浆抗冻性能的作用

混凝土外加剂对改善水泥砂浆（模拟U形渠）抹面抗冻胀试验。硅水拌制的100号砂浆试件与同配比、同水灰比的对照空白砂浆试件相比较，在硅水拌制试件水饱和状态下，经-3℃～10℃、冻融循环50次的试验，前者抗压强度降低3%，重量损失2%；后者抗压强度降低35%，重量损失10%。实验得知，经50次冻融破坏后的有机硅砂浆试件的抗压强度超过非冻融空白砂浆试件抗压强度16%，说明有机硅可以提高U形渠的抗冻胀能力。对12组有机硅混凝土和空白混凝土试件，在28d龄期、试件干燥状态下，经过高温120℃和低温一18℃5次循环后的各组渗水速度试验结果表明在水压力为0.6MPa作用下的渗水速度均比空白混凝土大幅度降低。这表明高低温处理后的有机硅混凝土试件，仍保持其抗压力水渗透能力。另外高低温处理后的有机硅混凝土试件，常压下观测其渗水速度不但未加大反而有所减小，说明有机硅混凝土在自然状态下用于灌溉渠道防渗工程，具有良好的抗渗抗冻耐久性能。

1.3 有抗压和防渗的作用

混凝土外加剂用作混凝土增强剂、防渗剂、减水剂、缓凝剂和塑膜养护混凝±试验中，混凝土掺入水泥重量1/10的硅水制成的有机硅混凝土试件，在不养护条件下，7d，28d龄期时的抗压强度分别达到空白混凝土试件(养护)的118%和113%；在养护条件下，7d，28d龄期时的抗压强度分别达到空自混凝土试件（养护)的115%和125%；透水压力比达180%，常压下有机硅防渗效果与塑料布相近。另外，在不养护条件下，龄期7d，28d期时的抗压强度分别达到空白混凝土试件（塑膜覆盖养护)的125%和123%；用硅水涂刷的空白混凝土试件，其抗压强度也比空白试件提高8%左右。在混凝土中掺入适量有机硅时可配制成高强混凝土，并减水10%左右。但是，当使用上述掺量时，混凝士凝结速度缓慢，早期强度较低，后期强度增强，试验表明：3d龄期以后，其强度就以比较高的速率增长，7d后超过空白混凝土的15%，28d超过25%，而且后期强度还会持续增长。在黏土、水泥和砂的混合料中'掺入黏土重量l/7的硅水制成的有机硅砂土试件，比对照空白砂土试件抗压强度提高20倍左右，抗渗性能也极大地提高，对流速不超过1m/s的渠道(土渠适应流速只有0.6m/s左右)采用有机硅砂土防渗，有较好的节水效果。

1.4 防止渠道龟裂和干缩裂缝的作用

混凝土外加剂用作防渗混凝土U形渠龟裂和干缩裂缝试验。由于有机硅具有极强的防水、保水和自养混凝土性能，混凝土施工过程中，有机硅可以延缓混凝土凝固过程中本身水分的失散时间，从而避免夏季高温天气U形渠施工过程中因水分过早蒸发而出现的干缩裂缝。

1.5 改善钢筋锈蚀和砌石勾缝的作用

混凝土外加剂用作改善钢筋锈蚀和用于混凝土修补及浆砌石勾缝试验。采用40mm×40mm×160mm棱柱体混凝土试件，12组试件设计标号均为200号，坍落度均为5cm，试件中埋有保护层分别为lcm、2cm和3cm的3根d6mm钢筋，将龄期28d有机硅和空白对比的两种含钢筋试件置于相对湿度为75%的环境中。经550d暴露后，劈开试件露出钢筋，观测钢筋锈蚀面积失重率。实验发现，有机硅试件内的钢筋没有锈蚀的痕迹，其表面呈灰白色，同时还看到保护层越薄，锈蚀程度越严重。有机硅水泥砂浆是一种新型修补材料，它是将少量有机硅合成剂掺入水泥砂浆中，借以改善水泥砂浆各项性能的复合胶凝材料，与旧混凝土具有良好的黏结性能，适用于因碳化、气蚀、冻融破坏及化学侵蚀而引起的混凝土表层开裂、表面剥蚀破坏的补修等，还可应用到防腐、防渗、浆砌石勾缝等工程中。

2 混凝土外加剂与水泥的适应性

2.1 存在适应性问题

混凝土外加剂能改善水泥凝聚体的分散度以及吸附水、结合水和游离水的综合比例，提高游离水的含量，最终提高混凝土的稳定性和流动性。对混凝土外加剂有着一定的要求。混凝土外加剂与水泥适应性是一个值得高度关注的问题。适应性是指在混凝土制作过程中，外加剂、水泥在满足相关国家标准的前提下，水泥与水系统中按照推荐掺量掺入适当的外加剂，能够达到目标效果的，则是适应的；不能够达到目标效果的，则是不适应的。在混凝土制作过程中，混凝土外加剂与水泥适应性差的体现：①新拌混凝土的坍落度经过一段时间后损失较大。②新拌混凝土出现速凝、假凝等一些异常凝结。③新拌混凝土减水效果不佳，初始坍落度达不到要求。④混凝土生泌水、离析分层的现象严重。⑤硬化混凝土强度明显下降。

2.2 适应性的影响因素

①混凝土外加剂都会有一个最佳掺量，当掺量最佳时，混凝土外加剂在调整混凝土的性能中达到最佳效果。②混凝土外加剂的掺加方法分为先掺法与后掺法。③混凝土搅拌时间与速度可调节混凝土含气量，还可以调节混凝土的分散效果和凝结时间，最终实现对混凝土的耐久性和力学性等各种性能的调节。④混凝士外加剂中不同化学键水泥颗粒会造成不同影响。⑤外加剂的分子量和分子形状、结构差异都会使得混凝土外加剂产生不同的性质。⑥混凝土外加剂中含碱量也会对混凝土外加剂与水泥的适应性产生影响。水泥矿物成分、石膏形态、碱含量及其掺量、颗粒大小、混合材的品种及其掺量、温度和新鲜度，对混凝土外加剂与水泥的适应性都会产生不同程度的影响。

3 混凝土外加剂与水泥适应性的调整

3.1 对于混凝土外加剂的掺加方法

从工艺效果上看，采用后掺法、滞水法、少量多次掺法等效果都比较好。这就需要对混凝土输送车的装置进行一些调整和改变。比如，在搅拌运输车上安装配套的后掺或多次掺加混凝土外加剂的仪器装置，就可以大大的改善混凝土外加剂与水泥适应性。调整混凝土外加剂的配方能降低其对石膏的溶解度的影响，提高石膏的溶解度。如果硬石膏作调凝剂，更应减少甚至不用木钙、糖钙这类物质，因为他们更容易降低石膏溶解度。使用反应性高的物质时要适当复配缓凝、保水、保塑组分。此外，增加混凝士外加剂掺量能降低混凝土掺合物坍落度损失速度。降低混凝士外加剂掺量可以降低泌水情况。

3.2 调整混凝士配比

要按照不同工程及设计要求，对混凝土进行合理的配比，如果混凝土严重泌水，那么就可以适量掺加部分掺合料或适当降低用水量或适当提高砂率。如果坍落度损失率较高，就可以适当增加混凝土外加剂的掺量或用水量。通过适当调整混凝土外加剂配方，合理调整混凝土配比，采用不同的掺加工艺或用部分掺合料代替部分水泥等措施，经过多次试验，调整水泥与混凝土外加剂的适应性。

4 结束语

混凝土外加剂是现代化混凝土施工和制备技术必不可少的一种重要组成部分，具有广泛应用前景。有提高混凝土抗压、抗渗、抗冻、抗干裂龟裂和自养混凝土等多种性能，对保护、改善和提高混凝土工程寿命发挥重要作用，但随着有机硅混凝土和水泥砂浆复台材料的广泛应用，对其技术性能和施工质量势必提出更高的要求。混凝士外加剂掺量和掺加工艺、混凝土搅拌时间与速度、混凝土外加剂品种以及水泥方面的因素都会影响混凝士外加剂与水泥的适应性。但这些影响因素可以通过外加剂掺加工艺、配方、掺量和调整混凝土配比、掺合料的使朋量等方法来调整，从而达到水利工程所需要的优质标准。