混凝土防凍劑的配制及應(yīng)用

段東方 溫慶如 劉尊玉

河南科之杰新材料有限公司（453700）

混凝土防凍劑的配制及應(yīng)用

段東方 溫慶如 劉尊玉

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混凝土的凍害嚴重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。這里分析了冬季施工混凝土產(chǎn)生早期凍害的原因，介紹了防凍劑中各防凍組分預(yù)防混凝土凍害的作用機理以及防凍劑在使用過程中應(yīng)該注意的問題。

混凝土凍害；防凍劑；防凍組分；防凍機理

0 前言

在1991年召開的國際混凝土耐久性會議上，Metha教授指出凍害所造成的混凝土結(jié)構(gòu)破壞僅次于鋼筋銹蝕所造成的混凝土結(jié)構(gòu)破壞，高居造成混凝土破壞原因的第二位，凍害已經(jīng)嚴重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[1]。

混凝土的凍害分兩種，一是已經(jīng)充分硬化的混凝土經(jīng)受正負溫度交替變化產(chǎn)生凍害，二是混凝土早期受凍發(fā)生凍害。其中，混凝土的早期凍害主要是由于新拌混凝土未達到臨界抗壓強度之前混凝土中尚未參與水化反應(yīng)的游離水結(jié)冰體積膨脹，而此時水泥尚未充分水化，起緩沖調(diào)節(jié)作用的膠凝孔尚未完全形成，從而造成混凝土凍脹破壞。此外，混凝土的凝結(jié)硬化過程也因為拌和水的結(jié)冰而中斷，使得水泥的微觀結(jié)構(gòu)形成過程受阻，從而造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴重受損，產(chǎn)生不可恢復(fù)的強度損失。

目前，在改善新拌混凝土抗凍害性能方面，除了注重新澆筑混凝土的保溫養(yǎng)護等措施外，主要依靠添加混凝土防凍劑來增強新拌混凝土的抗凍性?，F(xiàn)在市面上常見的混凝土防凍劑主要由防凍組分、早強組分、引氣組分、減水組分等四部分構(gòu)成，各組分的具體作用機理如下:

1 防凍劑各組分及其防凍機理

1.1 防凍組分

防凍組分的主要作用是顯著降低混凝土中液相的冰點，令混凝土在負溫狀態(tài)下，內(nèi)部未水化的拌和水依舊保持為液體狀態(tài)，讓水泥的水化反應(yīng)得以繼續(xù)進行，維持混凝土的強度增長速度。同時，防凍組分與拌和水混合共溶后顯著降低了混凝土中游離水的冰點，避免了混凝土中冰晶的形成，使其無法產(chǎn)生凍脹應(yīng)力，防止了冰晶對混凝土結(jié)構(gòu)造成的凍脹損害。目前常用的混凝土防凍組分主要有醇類和部分無機鹽類。通過王曦東[2]、王淑敏[3]等人的研究，在低溫狀況下，水泥的水化速度雖較常溫有較大幅度降低，但是防凍組分的加入使得混凝土在連續(xù)降溫過程中始終有一定的液相水參與水泥的水化。

1.2 早強組分

混凝土防凍劑中的早強組分可以加快水泥的水化速度，加速混凝土的凝結(jié)硬化，降低了混凝土內(nèi)部游離水的數(shù)量,減輕了游離水發(fā)生凍害的幾率。同時，早強組分的加入能夠使混凝土盡快達到抗凍臨界強度。混凝土的抗凍臨界強度是指當(dāng)混凝土達到某一強度值（臨界強度），就可以具有一定的抵抗強度，低溫不會再對混凝土造成傷害。通過李文斌等人的研究得出[4]，摻加具有早強組分的防凍劑可以保證混凝土在低溫狀態(tài)下盡快達到臨界受凍強度，增強了混凝土的抗凍性能。

1.3 引氣組分

混凝土中引氣劑形成的互不連通的微細氣孔起到“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應(yīng)力起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過程中，這些孔隙可以阻止或抑制水泥漿中微小冰體的形成。影響混凝土抗凍性的關(guān)鍵因素在于引氣劑引入氣泡在水泥石中均勻分布的程度，即氣泡的間距大小和數(shù)量，而不是總的引氣量。

1.4 減水組分

水灰比直接影響混凝土的孔隙率及孔結(jié)構(gòu)。水灰比較小時，混凝土硬化后密實度高，存在于混凝土內(nèi)部的可凍游離水減少，抗凍性能提高。隨水灰比的增加，不僅飽和水的開孔總體積增加，而且平均孔徑也增加，在凍融過程中產(chǎn)生的凍脹壓力和滲透壓力就大，混凝土的抗凍性就會降低。防凍劑中的減水組分，可以減少拌和用水量，從而減少游離水總量，從根本上減少可凍冰的含量，消除凍脹內(nèi)因。通過減水組分的分散作用，釋放包裹水，消除劣質(zhì)水泡，使粗大冰晶轉(zhuǎn)化為細小冰晶，優(yōu)化水泥水化環(huán)境，減輕凍脹壓力[5]。

2 防凍劑的復(fù)配注意事項

目前,混凝土生產(chǎn)企業(yè)多直接使用復(fù)配了防凍、早強、引氣、減水等組分的復(fù)合防凍劑，不僅可以減輕混凝土生產(chǎn)企業(yè)的勞動力投入，同時也有利于防凍劑自身和混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量控制。防凍劑的復(fù)配雖然是將幾種組分混合，但是還是應(yīng)該從以下幾個方面加以關(guān)注:

抗戰(zhàn)中的文學(xué)是人民的文學(xué)?！拔恼孪锣l(xiāng)，文章入伍”，在中國文學(xué)的歷史上，文學(xué)從來沒有像在抗戰(zhàn)中那樣，深入到街頭、田間和戰(zhàn)壕，深入到最廣大民眾的心頭?！拔乃嚤仨殲槠胀ɡ习傩账邮堋?，成為幾乎所有作家發(fā)自內(nèi)心的共同追求。在那如火如荼的年代，在國難深重的關(guān)頭，對作家們來說，文學(xué)“不可能是自我表現(xiàn)，不可能是唯美的追求，更不可能是消遣、娛樂以至追求名利的工具”，而是“射向敵人的子彈”，“是捧向人民的鮮花”?？箲?zhàn)中作家們對文學(xué)的價值和功能的再認識，對文學(xué)的人民性的體認，對文學(xué)的民族化、大眾化所做的卓越探索，為中國文學(xué)的發(fā)展開辟了新的廣闊道路。

1）防凍劑復(fù)配過程中應(yīng)該注意所引入的水分量。若防凍劑中用水量高，有效組分低，則容易引起防凍劑自身結(jié)冰，所以應(yīng)優(yōu)先選用高濃度產(chǎn)品。

2）注意控制防凍、早強組分中部分無機鹽的用量。因為很多無機鹽既是防凍劑又是促凝劑，用量過多不僅影響復(fù)合防凍劑的減水率和混凝土的保坍性，而且對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也有較大影響。

3）注意確定合適的無機鹽類防凍、早強組分，避免在低溫狀態(tài)下結(jié)晶沉淀，堵塞管路，影響混凝土生產(chǎn)。

4）使用有機物作為防凍組分時,摻量不宜過大，否則會影響到混凝土的后期強度。

5）控制好防凍劑中的氯離子含量和堿含量，防止對混凝土的耐久性造成影響。

3 防凍劑對混凝土性能的影響

3.1 新拌混凝土工作性

多數(shù)防凍劑尤其是早強型防凍劑，會加速水泥熟料礦物的水化反應(yīng)速度而使得液相變黏稠，因此防凍劑的加入可以改善負溫條件下混凝土的泌水現(xiàn)象。早強型防凍劑會縮短混凝土的凝結(jié)時間，有利于混凝土在負溫條件下的凝結(jié)硬化，但是在長距離運送的商品混凝土中應(yīng)該謹慎使用[7]。

3.2 強度

根據(jù)楊英姿等8人的研究，負溫環(huán)境下，受凍對砂漿、水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)所造成的損傷小，但是對混凝土?xí)斐苫炷恋那捌趶姸群秃笃趶姸龋@主要是因為新拌混凝土成型時，由于振搗混凝土中的部分水集中在粗骨料的底部形成水囊，如圖1。當(dāng)新拌混凝土受凍時，由于水的相變產(chǎn)生膨脹，造成粗骨料與水泥砂漿的“脫黏”，即使轉(zhuǎn)入常溫后也不能很好地愈合，強度呈現(xiàn)較大的損失[9]。當(dāng)摻入防凍劑后,由于減水(減小水灰比，即減小了水膜層的厚度)、引氣(緩解凍脹應(yīng)力)、早強(促進早期結(jié)構(gòu)形成)、防凍(降低液相冰點)等綜合作用，使負溫下混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞大大降低，故在負溫及負溫轉(zhuǎn)常溫條件下，摻防凍劑的混凝土強度均顯著高于基準混凝土。由此可見，防凍劑的重要作用在于改善了負溫混凝土的界面過渡區(qū)。

圖1 新拌混凝土水分分布示意圖

4 防凍劑的使用注意事項

混凝土所使用的防凍劑應(yīng)該根據(jù)具體的溫度波動情況及時地調(diào)整防凍劑的摻量，保證防凍劑的防凍和早強效果。防凍劑的摻量應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)，因為防凍劑中部分防凍和早強組分直接參與到水泥的水化過程，若是防凍劑用量過多會影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。因此，若是溫度過低超出防凍劑的應(yīng)用范圍后，還是應(yīng)該注意新澆筑混凝土的保溫養(yǎng)護措施，避免對混凝土造成凍害。

5 總結(jié)

防凍劑中各組分會從不同角度改變混凝土的抗凍害性能，防凍劑的合理使用可以有效地減輕混凝土早期病害現(xiàn)象的發(fā)生，明顯提高冬季施工的施工速度和混凝土的早期強度，起到縮短工期、提高工程質(zhì)量的效果。

[1]馬國慶.混凝土的凍害及其機理[J].常州工學(xué)院學(xué)報,2005, 18(z1):109～113.

[2]王曦東,董建忠,王利峰,趙建玲等.防凍劑對混凝土性能影響的研究現(xiàn)狀[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）,2013(12): 198～201.

[3]王淑敏.淺談混凝土防凍劑的原理及使用[J].西部探礦工程,2010(10):193～194.

[4]李文斌.關(guān)于混凝土防凍劑摻量和受凍臨界強度問題的探討[J].中國水運（下半月）,2012(2):259～260.

[5]米艷杰.淺談冬季施工混凝土中防凍劑的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）,2011(4):273.

[6]胡慶斌.混凝土泵送劑及防凍劑的復(fù)配技術(shù)[J].商品質(zhì)量:建筑與發(fā)展,2011(8):213.

[7]李青.淺說冬期施工防凍劑對混凝土性能的影響[J].甘肅科技縱橫,2012(1):90～91.

[8]楊英姿,巴恒靜.負溫防凍劑混凝土的界面顯微結(jié)構(gòu)與性能[J].硅酸鹽學(xué)報2007(8):1125～1130.

[9]ZHIGNIEW Rusin.Amechanismofexpansion of concrete aggregate due to frost action[J].CemConcr Res,1991,21: 614～624.