混凝土外加剂在衬砌工程中的应用研究

田中刚

（新疆生产建设兵团农十师水利工程管理处 北屯 836000）

混凝土外加剂是指掺量一般不大于水泥重量的5%，能对混凝土的正常性能按要求进行改变的工业产品，被公认为混凝土中除水泥、砂、石和水以外的第五种成分。目前，生产的品种有减水剂、高效减水剂、早强剂、早强减水剂、缓凝剂、引气剂、速凝剂、防冻剂、膨胀剂、养护剂、防水剂等。为了提高抗冻和防渗等级，北屯灌区的引水总干渠工程（控制灌溉面积2.26万hm2）和二干渠扩建工程（控制灌区面积1.41万hm2），在衬砌混凝土中都掺和了混凝土外加剂，衬砌混凝土量达到2.14万m3。经过几年来的运行，工程运行状况良好。

1 混凝土衬砌板设计指标

北屯灌区引水总干渠全长28.007km，平面布置由三段组成，第一段为一级阶地段，长4.9km，第二段长9.05km，第三段为台地段，长11.427km。13+950～16+580段，采用现浇C20混凝土与0.3mm塑膜双防渗，梯形断面，现浇混凝土板厚8cm，渠道设计流量13m3/s，渠道纵坡1/600，渠宽1.5m，渠道内坡1∶1.7.5，渠深2.12m，水深1.53m。

北屯灌区二干渠长6.89km，采用C20预制混凝土板与0.3mm塑膜防渗，预制板厚8cm，设计流量20.0m3/s，梯形断面，渠道纵坡1/6500，底宽2.8m，糙率0.017。渠道内坡 1∶1.5，外坡 1∶1.5，水深 2.88m。根据经验，渠道衬砌采用预制混凝土板与塑膜双防渗，坡比以1∶1.5为宜，如采用现浇混凝土板与塑膜双防渗，坡比宜采用1∶1.75，以便于施工。

2 减水剂和引气剂的作用与原理

2.1 减水剂

减水剂能使混凝土显著地减少拌和用水量，减水剂大多属于阴离子型表面活性剂，在水中极易离解为带负电荷的阴离子和金属阳离子，这样水泥颗粒表面吸附着大量的减水剂阴离子，使水泥颗粒之间的吸引力为电斥力，水泥充分扩散，改善和易性，另外还能改善水泥的水化过程，促进水泥矿物晶体的成长，改善水泥石的孔结构，提高混凝土密实度。掺入减水剂后可起到以下四方面的作用：

a.在保持和易性和水灰比不变的情况下，可减少水泥用量，节省水泥。

b.在保持混凝土配合比和水灰比不变的情况下，可提高混凝土的和易性，并且不降低混凝土强度。

c.在保持和易性和水泥用量不变的情况下，可降低水灰比，提高混凝土强度和耐久性。

d.有的减水剂对混凝土有缓解作用，终凝时间推迟2～3h。

2.2 引气剂

引气剂使混凝土中产生细小、互不连通的均匀分布的通道，直径大部分在0.025～0.30mm之间，硬化后能保留微气泡，其作用如下：

a.提高耐久性。由于引气剂产生的互不连通的气泡，隔断了毛细管渗水通道，提高了抗渗性，并且这些气泡能缓解负温下混凝土水分冻结时产生的膨胀压力，也提高了抗冻性。

b.提高和易性。气泡在水泥颗粒之间起润滑作用，增加流动性。

c.降低强度。由于气泡的存在，减少了水泥石的有效面积，使强度降低，一般含气量增加1%，抗压强度大约降低4%～6%。

3 衬砌时采用的外加剂品种及掺量

灌区防渗衬砌采用的是CAS—Ⅱ型混凝土引气减水剂，该产品符合国家标准《引气减水剂》（GB8076-1997）中一等品的质量指标。于1989个10月通过区级鉴定并获得兵团科技成果二等奖。该产品由引气、减水、缓凝等多种组分复合而成，除具有引气、减水功能外，还可提高混凝土早期强度，节约水泥。在保持强度和坍落度不变的情况下，可减水10%左右（见上表）。

预制混凝土配合比表

采用该产品后，根据实验结果,每立方米混凝土节约水泥27kg，3天试压强度提高了12%，28天提高了10%。该类产品可广泛用于对抗冻、抗渗、抗侵蚀有设计要求的混凝土，针对北方寒冷地区水利工程时间紧、任务重的特点，建议广泛使用。

4 使用方法

该产品使用非常简便，随水泥直接掺入，掺量一般为水泥重量的0.5%～0.8%。如与其他品种外加剂同时使用，掺量必须经试验验证后确定。

5 质量控制

a.所用砂石料必须按照要求过筛、洗净，去掉泥土杂物。

b.注意减少用水量10%左右。

c.加入此类外加剂的混凝土，一般拌和时间为3.5min。

6 注意事项

a.外加剂掺量必须严格控制，不能多加，也不能少加，为方便计量，施工现场则可用废旧矿泉水瓶子改制成提子，称量好每提的数量，每盘浆一提子，便于施工掌握。

b.严格监测含气量。含气量过高则降低混凝土强度，过低又达不到抗渗、抗冻要求，必须严格控制。

c.掺入该产品的混凝土宜采用机械拌和、机械振捣，拌和时间不小于3min，振捣时间不大于20s，停放时间不大于1h。

d.该产品用带内衬的塑料编织袋包装，运输和贮存时谨防破损，保持干燥，如受潮结块，必须粉碎达到细度要求后使用，如此性能才能不变。

e.贮存时，应避免与其他类似产品混杂以防误用。