□張會(huì)敏

混凝土外加劑是混凝土中除膠凝材料、骨料、水和纖維組分以外，在混凝土攪拌前或拌制過(guò)程中加入的，用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能，對(duì)人、生物及環(huán)境安全無(wú)有害影響的材料。水利工程混凝土依據(jù)不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工藝、施工環(huán)境、施工性能選擇外加劑，同時(shí)外加劑需采用不同類型、不同功能的品種綜合作用，來(lái)滿足水利工程混凝土的各種要求。

1.混凝土外加劑在大體積混凝土中的應(yīng)用

1.1 外加劑選擇

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，混凝土內(nèi)部最高溫度大多數(shù)發(fā)生在混凝土澆筑后的第3—5 天，此時(shí)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都很低，對(duì)水泥水化熱引起的急劇溫升約束不大，相應(yīng)的溫度應(yīng)力也較小。隨著混凝土齡期增長(zhǎng)、彈性模量增高，對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束力也就越來(lái)越大，因此產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土極限抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，便開始出現(xiàn)溫度裂縫。因此，在大體積混凝土施工過(guò)程中，如何延緩混凝土絕熱峰值的出現(xiàn)時(shí)間、降低水泥水化熱絕熱峰值、提高混凝土本身抵抗能力以及有利于混凝土的泵送，就成為水利工程大體積混凝土施工中考慮的主要問(wèn)題，而要解決這些問(wèn)題必須合理選用混凝土外加劑。

1.1.1 減水劑

減水劑可以降低膠凝材料用量，特別是水泥的用量，還可以降低用水量，在施工前期可以降低水泥的水化熱、降低混凝土內(nèi)部熱峰值，在施工后期可以避免由于混凝土失水造成的混凝土干燥收縮開裂，增加混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性。另外，大部分減水劑自身還存在一定的緩凝作用，如在常溫下?lián)接肈H3G 高效減水劑（摻量0.6%），混凝土初凝時(shí)間可延長(zhǎng)0.5h—2h，同時(shí)可使混凝土的內(nèi)部溫升有所降低并延緩溫峰的出現(xiàn)。

1.1.2 緩凝劑

緩凝劑可以拉長(zhǎng)水泥水化的時(shí)間，使混凝土的凝結(jié)時(shí)間延緩，在水化熱不變的情況下，減緩了放熱速度和降低了放熱峰值。放熱速度的減緩和放熱峰值的降低有利于控制混凝土內(nèi)外溫差，增強(qiáng)混凝土抗開裂能力。在實(shí)際應(yīng)用中，在大體積混凝土中單純采用緩凝劑已經(jīng)比較少見，一般多采用緩凝減水劑。例如DH4BG 緩凝高效減水劑減水率高、緩凝效果好、抗離析、抗泌水且泵送摩擦阻力小，便于泵送。

1.1.3 膨脹劑

摻加膨脹劑能夠使混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生微膨脹，補(bǔ)償混凝土的收縮應(yīng)力，預(yù)防混凝土開裂。摻加膨脹劑的混凝土養(yǎng)護(hù)更加重要，只有加強(qiáng)濕養(yǎng)護(hù)，才能實(shí)現(xiàn)膨脹和補(bǔ)償收縮、預(yù)防裂縫的目的，特別是對(duì)于水利工程大體積混凝土，表面抹壓后用塑料薄膜覆蓋，混凝土硬化后，宜采用蓄水養(yǎng)護(hù)、噴霧養(yǎng)護(hù)、噴灑養(yǎng)護(hù)劑或用濕麻袋覆蓋，以保持混凝土表面潮濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14d。

1.1.4 引氣劑

對(duì)于水利工程中處于水位變動(dòng)區(qū)的混凝土，抗凍融、抗?jié)B性能是兩個(gè)必須考量的耐久性指標(biāo)，而優(yōu)質(zhì)引氣劑的摻入使得混凝土滿足指標(biāo)要求變得更加容易。摻加引氣劑的混凝土在攪拌過(guò)程中引入大量微小、封閉、分布均勻的極性氣泡。優(yōu)質(zhì)引氣劑的氣泡大小均勻穩(wěn)定、互不連通、良好分散、氣泡間距和尺度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。摻加引氣劑的混凝土極性氣泡的存在。一是可以產(chǎn)生”滾珠”效應(yīng)起到改善混凝土和易性，增加可泵性的作用；二是極性氣泡堵塞混凝土毛細(xì)孔滲流通道，提高混凝土抗?jié)B性；三是引入的氣泡起空室作用，可容納冰凍水和遷移水，從而使水壓和滲透壓得以釋放，防止混凝土被破壞。

綜上所述，大體積混凝土摻入減水劑、緩凝劑、引氣劑等，提高了混凝土的工作性能，硬化強(qiáng)度、密實(shí)度，拉長(zhǎng)水泥水化熱時(shí)間延緩混凝土凝結(jié)，增強(qiáng)了混凝土的抗裂性，提高了混凝土的抗?jié)B性和混凝土抵抗凍融破壞的能力。

1.2 工程應(yīng)用實(shí)例

三峽水利工程大壩混凝土選用ZB-1A 緩凝高效減水劑和DH9 引氣劑兩種外加劑。ZB-1A 兼有減水和緩凝作用，減水率高達(dá)22%以上，凝結(jié)時(shí)間差4～6h，高效減水作用降低了混凝土單方用水量和膠凝材料用量，降低了水泥水化熱峰值，水分蒸發(fā)量也相應(yīng)減小，合理的緩凝時(shí)間延緩了混凝土的凝結(jié)速度，降低了絕熱峰值，從而有效控制大壩混凝土的溫升和干燥收縮，降低混凝土熱裂危險(xiǎn)性，提高混凝土抗干縮能力。引氣劑DH9 大量引入的穩(wěn)定微氣泡提高了混凝土拌合物的工作性，減小了混凝土的坍落度損失，提高了混凝土的抗凍融性能。三峽水利工程建設(shè)通過(guò)采用ZB-1A、DH9 配合國(guó)標(biāo)Ⅰ級(jí)粉煤灰摻合料，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，加強(qiáng)混凝土生產(chǎn)控制等綜合措施，提高了混凝土質(zhì)量，降低了混凝土的生產(chǎn)成本，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2.混凝土外加劑在碾壓混凝土中的應(yīng)用

2.1 外加劑的選擇

碾壓混凝土施工中可能面臨氣溫不穩(wěn)定、表層水分蒸發(fā)快、施工倉(cāng)面大、需要連續(xù)快速施工等問(wèn)題，需要較好地解決混凝土攤鋪層間的有效銜接，控制好混凝土凝結(jié)時(shí)間，否則會(huì)出現(xiàn)下層混凝土凝結(jié)時(shí)間過(guò)快上層混凝土來(lái)不及攤鋪而形成冷縫，或下層凝結(jié)時(shí)間過(guò)慢影響上層混凝土攤鋪從而減緩施工速度等情況。故混凝土的凝結(jié)時(shí)間應(yīng)與施工進(jìn)度和施工措施相同步，從而保證混凝土各澆筑層面的充分結(jié)合，滿足碾壓混凝土的可施工性、強(qiáng)度和抗凍抗?jié)B要求。因此，需要選擇各種不同的外加劑通過(guò)復(fù)配、優(yōu)化外加劑組成，使其減水、緩凝、引氣?；炷聊Y(jié)時(shí)間的調(diào)整可通過(guò)緩凝劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，減水劑用于提高了混凝土拌合物的和易性和硬化混凝土強(qiáng)度，引氣劑用于提高碾壓混凝土的抗凍、抗?jié)B性。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，單一使用某一種外加劑，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，只有通過(guò)復(fù)合改性、合理調(diào)整外加劑組方使其達(dá)到既減水又緩凝還引氣的目的。

2.2 工程應(yīng)用實(shí)例

承德雙峰寺水庫(kù)大壩為碾壓混凝土壩，歷經(jīng)3 年建設(shè)，每年6 月—9 月混凝土澆筑倉(cāng)面氣溫平均23℃以上最高達(dá)40.5℃，而12 月—下年2 月平均氣溫在-5℃最低-29℃。為保證混凝土凝結(jié)時(shí)間與施工進(jìn)度和施工措施的同步，施工單位經(jīng)過(guò)大量碾壓混凝土凝結(jié)時(shí)間的試驗(yàn)，形成有效數(shù)據(jù)，總結(jié)出外加劑各組分對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響規(guī)律，在混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)上設(shè)置了兩個(gè)減水劑溶液儲(chǔ)存池，一個(gè)緩凝劑溶液儲(chǔ)存池，一個(gè)引氣劑溶液儲(chǔ)存池，根據(jù)不同季節(jié)和施工當(dāng)天溫度情況確定使用相應(yīng)方案配方的外加劑，通過(guò)調(diào)整減水劑與緩凝劑比例，使其既滿足高溫條件又滿足低溫條件，有效地解決了在溫度濕度不穩(wěn)定、倉(cāng)面蒸發(fā)量大、日夜溫差較大條件下碾壓混凝土的凝結(jié)時(shí)間問(wèn)題。

承德雙峰寺水庫(kù)大壩混凝土從出機(jī)口取樣到現(xiàn)場(chǎng)巖心取樣看，層間結(jié)合致密，整體性好，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，2020 年順利通過(guò)竣工驗(yàn)收。

3.混凝土外加劑在自密實(shí)混凝土中的應(yīng)用

3.1 外加劑的選擇

自密實(shí)混凝土是一種依靠自身重力產(chǎn)生流動(dòng)性，填充到空隙中的特種混凝土。必須有高流動(dòng)性、高抗離析性、高間隙通過(guò)性和高填充性，要實(shí)現(xiàn)這些性能需要外加劑與水泥有相適性、減水率、緩凝保塑能力和較高的坍落度保持能力。

高性能減水劑對(duì)水泥有廣泛的適應(yīng)能力，減水率高于25%，能夠使混凝土有較大的流動(dòng)性，緩凝劑能夠滿足施工對(duì)凝結(jié)時(shí)間的要求，同時(shí)提高混凝土坍落度的保持能力，增粘劑可改變混凝土的黏度保證高流態(tài)自密實(shí)混凝土既不產(chǎn)生泌水又防止顆粒的離析，保水劑增加混凝土的保水性，引氣劑可以滿足混凝土的抗凍、抗?jié)B要求。

3.2 工程應(yīng)用實(shí)例

承德平泉鴿子洞水庫(kù)大壩為自密實(shí)堆石混凝土壩，堆石混凝土筑壩技術(shù)由清華大學(xué)發(fā)明，具有施工速度快、質(zhì)量穩(wěn)定、低水化熱、低成本的特點(diǎn)。2018 年清華大學(xué)華石納固公司聯(lián)合河北省混凝土外加劑廠共同為鴿子洞水庫(kù)提供堆石混凝土專用外加劑，由河北省混凝土外加劑廠提供高性能減水劑母液、緩凝劑，華石納固公司提供增粘劑和引氣劑。堆石自密實(shí)混凝土為滿足自密實(shí)性能通常以體積配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)坍落度、擴(kuò)展度、倒置凈空、U 型流通、早期及后期強(qiáng)度等一系列試驗(yàn)逐步確定外加劑組成成分、比例以及體積配合比參數(shù)，再經(jīng)過(guò)膠材凈漿、砂漿、混凝土試驗(yàn)及外加劑配方優(yōu)化試驗(yàn)，確定最終自密實(shí)混凝土配合比。C9015 專用自密實(shí)混凝土配合比見表1。

表1 C9015 專用自密實(shí)混凝土配合比（kg/m3）

在隨后開展的試驗(yàn)壩段實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：新拌自密實(shí)混凝土流態(tài)良好、無(wú)離析分離、通過(guò)性和黏聚性優(yōu)良，混凝土各齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)效果好，硬化混凝土試件顯微鏡下觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均勻，壩體鉆心取樣顯示整體性好。