早強(qiáng)防凍劑的作用機(jī)理和主要成分

1、混凝土防凍劑的原理及使用摘 要：結(jié)合工作實(shí)際，對(duì)混凝土的凍害過程作了介紹，闡述了綜合蓄熱法的防凍機(jī)理，提出了防凍劑的正確使用方法， 對(duì)有效防止混凝土受凍具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：混凝土，凍害，綜合蓄熱法 當(dāng)環(huán)境溫度降到0 左右時(shí)，混凝土施工要采取一些特殊的技術(shù)措施，這是施工界的常識(shí)。如何針對(duì)凍害原因制訂施工措施并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題。下面試結(jié)合具體工作中的一些經(jīng)驗(yàn)，并參考相關(guān)文獻(xiàn)，提出幾點(diǎn)看法?；炷恋亩┐胧┯泻芏?，華北地區(qū)常用的是綜合蓄熱法， 下面結(jié)合凍害原因重點(diǎn)探討一下綜合蓄熱法的防凍機(jī)理。1抗凍臨界強(qiáng)度 1. 1 在冬季施工時(shí)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到某一界限值時(shí)，由于結(jié)構(gòu)已初步形成，具備了抵

2、抗凍脹破壞的能力，混凝土再受凍亦不會(huì)被凍壞，這一強(qiáng)度稱做混凝土的抗凍臨界強(qiáng)度?？箖雠R界強(qiáng)度的提出是混凝土冬季施工理論的一個(gè)重大突破，也是制訂混凝土冬施措施的重要依據(jù)?；炷炼臼┕さ年P(guān)鍵就是要使混凝土盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。 1. 2 大量試驗(yàn)和實(shí)踐表明，混凝土抗凍臨界強(qiáng)度與水泥品種、水灰比、降溫速率等多種因素有關(guān)，且素混凝土和摻防凍劑混凝土的抗凍臨界強(qiáng)度亦不相同，其值可按規(guī)范確定。一般說來，摻防凍劑后混凝土的抗凍臨界強(qiáng)度略低一些(相對(duì)空白) ，這是因?yàn)榛炷翐椒纼鰟┖笃浜繙p小、冰晶變的較為分散軟弱且減弱了凍脹效果的緣故。2防凍劑的防凍原理 防凍劑是根據(jù)混凝土凍害機(jī)理，結(jié)合抗凍臨界強(qiáng)度、最優(yōu)

3、成冰率、冰晶形態(tài)轉(zhuǎn)化等理論，并總結(jié)長(zhǎng)期冬季施工實(shí)踐研制的，一般由四種成分組成，其作用分述如下： 2. 1早強(qiáng)成分 強(qiáng)度后才能進(jìn)行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應(yīng)避免施工荷載對(duì)樓板產(chǎn)生較大的振動(dòng)。主要作用是加速混凝土的凝結(jié)硬化，使之盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度；在達(dá)到臨界強(qiáng)度以后，能加快混凝土硬化速度，克服負(fù)溫、低溫造成的強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢現(xiàn)象。 2. 2引氣成分 在混凝土體內(nèi)引入微米級(jí)的細(xì)小氣泡(有益氣泡) ，其作用： 1) 切割、封閉混凝土內(nèi)的連通孔道(有害孔道) ，減輕凍脹時(shí)的裂紋擴(kuò)展； 2) 引入的大量氣泡起到膨脹“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應(yīng)力，減輕凍害。在混凝土內(nèi)引入氣體3. 5 % ，可消

4、化6. 6 %的體積膨脹，在成齡階段，可起到提高抗凍融能力、改善耐久性的作用。 2. 3減水成分 其作用：1) 減少拌合水，從而減少游離水總量，從根本上減少可凍冰的含量(但亦應(yīng)保持一定含冰率) ，消除凍脹內(nèi)因；2) 通過減水成分的分散作用，釋放包裹水，消除劣質(zhì)水泡，使粗大冰晶轉(zhuǎn)化為細(xì)小冰晶，優(yōu)化水泥水化環(huán)境，減輕脹凍壓力。 2. 4防凍成分 多為一些有降低冰點(diǎn)作用的無機(jī)鹽，作用可概括如下:摻防凍組份(以NaNO2 ，摻2 %為例) 的水溶液冰點(diǎn)約為- 1. 5 ，當(dāng)溫度降到- 1. 5 時(shí)，孔隙內(nèi)臨近受凍側(cè)的游離水開始結(jié)冰，冰體內(nèi)無機(jī)鹽部分析出，剩余游離水中鹽的濃度變大(冰點(diǎn)進(jìn)一步降低) ；當(dāng)

5、溫度繼續(xù)下降(如降到- 5 ) ，又有臨近受凍側(cè)游離水部分結(jié)冰，剩余游離水濃度繼續(xù)增大.，持續(xù)這一過程，直到亞硝 酸鈉最低共溶點(diǎn)出現(xiàn)，孔內(nèi)全部游離水結(jié)成冰。由此可見，防凍成分的作用是在連續(xù)降溫過程中保持混凝土體內(nèi)始終有一定的液相水存在(過冷水) ，使水泥水化能持續(xù)進(jìn)行(盡管此時(shí)水化速度已較常溫大為減慢) 。由此可見:防凍劑的防凍機(jī)理是綜合性的，是多種效果的綜合體現(xiàn)。世界上并不存在某種一摻就靈的防凍劑，“防凍”只是最終的效果，它是通過早強(qiáng)、引氣、減水、防凍等因素共同作用而實(shí)現(xiàn)的。而且防凍劑的使用效果與工程的施工情況也有關(guān)系，所以說混凝土的冬季施工是一個(gè)典型的系統(tǒng)工程，必須通盤考慮。3防凍劑的正確

6、使用 3. 1正確理解“使用溫度” 任何一種符合標(biāo)準(zhǔn)的防凍劑產(chǎn)品，都有一個(gè)明確的“使用溫度”(如- 15 、- 20 ) ，說使用溫度就是“允許混凝土施工的溫度”并不錯(cuò)誤，但應(yīng)著重與混凝土抗凍臨界強(qiáng)度聯(lián)系起來理解，即在環(huán)境溫度降到外加劑“使用溫度”前，混凝土必須達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度，這樣混凝土才是安全的，否則混凝土有可能被凍壞。混凝土的使用溫度越低，說明該防凍劑的防凍效果越好，混凝土越有更多的時(shí)間(含負(fù)溫區(qū)) 來增長(zhǎng)強(qiáng)度，從而達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度的可能性大大增加。 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的混凝土防凍劑的使用溫度多在- 10 - 15 之間(可適用于日最低- 15 - 20 的情況) ，溫度再低，防凍劑配方設(shè)計(jì)難

7、度越大，不確定因素也增加，從這個(gè)角度講，多數(shù)情況下沒有必要非得要求防凍劑的使用溫度一定低于施工時(shí)的最低環(huán)境溫度，關(guān)鍵是必須在溫度降到防凍劑使用溫度前就使混凝土達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。 3. 2采取覆蓋保溫措施 綜合蓄熱法的基本做法是覆蓋加摻防凍劑，必要時(shí)對(duì)水和砂石料進(jìn)行加熱。覆蓋的作用是使水泥水化熱量和原材料加熱熱量留在混凝土內(nèi)部的時(shí)間長(zhǎng)一些，盡量延長(zhǎng)水泥正溫水化時(shí)間， 這一點(diǎn)非常重要。保溫做得越好，混凝土降到外加劑“使用溫度” 的時(shí)間越長(zhǎng)，越有時(shí)間達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。為達(dá)到這個(gè)效果，覆蓋材料的種類和厚度應(yīng)結(jié)合外加劑的使用溫度、抗凍臨界強(qiáng)度、環(huán)境溫度等因素通過熱工計(jì)算確定。 3. 3搞好施工組織 防凍

8、劑的使用效果必須通過良好的攪拌、振搗來實(shí)現(xiàn)，攪拌延長(zhǎng)30 min 是為了使外加劑更充分的混合，外加劑攪拌不勻甚至?xí)l(fā)事故。再者防凍劑有一個(gè)最佳攪拌時(shí)間和最佳振搗時(shí)間問題，過度會(huì)使其中的引氣量減小，不足又會(huì)使其中的氣泡分布不均甚至產(chǎn)生粗大劣質(zhì)氣泡，這些都會(huì)對(duì)防凍不利。此外，最大限度縮短運(yùn)送距離，攪拌站搭設(shè)保溫棚，輸送管外裹保溫套，架子車覆蓋保溫被，工序銜接緊湊等措施都是為了提高混凝土的入模溫度，延長(zhǎng)正溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間，盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。 3. 4熱工計(jì)算 熱工計(jì)算主要參照湖南大學(xué)吳震東提出的“吳震東公式”進(jìn)行，它有多方面的用途，在華北地區(qū)主要用來做驗(yàn)證性計(jì)算。要點(diǎn)是: 1) 根據(jù)原材料和環(huán)境溫度

9、計(jì)算混凝土的入模溫度， T ； 2) 計(jì)算混凝土由此溫度降至防凍劑規(guī)定溫度所需的時(shí)間，h ； 3) 根據(jù)成熟度公式計(jì)算在上述養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)混凝土能達(dá)到的強(qiáng)度，MPa ； 4) 比較該強(qiáng)度是否大于抗凍臨界強(qiáng)度，確定冬施方案是否可行； 5) 施工時(shí)留置同條件試塊，在環(huán)境溫度降至防凍劑使用溫度的前1 d 檢驗(yàn)其實(shí)際強(qiáng)度，看是否達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。 3. 5掌握防凍劑摻量 有人將說明書上的摻量視為基準(zhǔn)摻量，施工時(shí)根據(jù)實(shí)際溫度上下調(diào)整，這種做法是冒險(xiǎn)的。一般地，比較正規(guī)的防凍劑產(chǎn)品在配方設(shè)計(jì)時(shí)摻量與使用溫度都是一一對(duì)應(yīng)的，不存在調(diào)整問題。防凍劑的多數(shù)組份都有最優(yōu)摻量問題，適用范圍十分狹窄，摻量與功效并非線性關(guān)

10、系。比如將3 %摻為4 %，各組份將都增加33 %，很可能造成因含氣量增加導(dǎo)致強(qiáng)度下降(約5 %10 %) ； 因Na2SO4 、NaNO3 增加致使堿含量增高而對(duì)耐久性不利。若由3 %變成2 % ，則功效肯定不是減少33 %的問題，而是更多。不僅防凍劑，其他外加劑亦是如此?；炷练纼鰟↗C475-92） 一、主題內(nèi)容與適用范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了混凝土防凍劑的定義、分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志、貯存。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于規(guī)定溫度-5、-10、-15的水泥混凝土防凍劑。二、引用標(biāo)準(zhǔn) GB 8076混凝土外加劑 GB 8077混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法 GBJ 80普通混凝土拌合物性能試

11、驗(yàn)方法 GBJ 81普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法 GBJ 82普通混凝土長(zhǎng)期性能及耐久性試驗(yàn)方法三、術(shù)語 1. 防凍劑 能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期性能的外加劑。 2. 基準(zhǔn)混凝土(C) 按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件配制不摻外加劑的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土。 3. 受檢標(biāo)養(yǎng)混凝土(CA) 按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件配制摻防凍劑的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土。 4. 受檢負(fù)溫混凝土(AT) 按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件配制摻防凍劑并按規(guī)定條件養(yǎng)護(hù)的混凝土。 5. 規(guī)定溫度 受檢混凝土在負(fù)溫養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度，該溫度允許波動(dòng)范圍為2。本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定溫度為-5、-10、-15。四、產(chǎn)品分類防凍劑按其成分可分為氯鹽類、氯鹽

12、阻銹類、無氯鹽類。 五、技術(shù)要求 1. 摻防凍劑混凝土性能 摻防凍劑混凝土性能應(yīng)符合下表要求。 試驗(yàn)項(xiàng)目 性能指標(biāo) 一等品 合格品 減水率，%不小于 8 - 泌水率，%不大于 100 100 含氣量，%不小于 2.5 2.0 凝結(jié)時(shí)間差，min 初凝 -120+120 -150+150 終凝 抗壓強(qiáng)度比，%不小于 規(guī)定溫度， -5 -10 -15 -5 -10 -15 R28 95 90 90 85 R-7+28 95 90 85 90 85 80 R-7 20 12 10 20 12 10 90d收縮率比，%不大于 120 抗?jié)B壓力(或高度)比，%不小于 不小于100(或不大于100) 50

13、次凍融強(qiáng)度損失率比，% 不大于 100 對(duì)鋼筋銹蝕作用 應(yīng)說明對(duì)鋼筋有無銹蝕作用 2. 勻質(zhì)性防凍劑勻質(zhì)性應(yīng)符合下表的要求試驗(yàn)項(xiàng)目 指標(biāo) 含固量 液體防凍劑：應(yīng)在生產(chǎn)廠控制值的相對(duì)量的3%之內(nèi) 含水量 粉狀防凍劑：應(yīng)在生產(chǎn)廠控制值的相對(duì)量的5%之內(nèi) 密度 液體防凍劑：應(yīng)在生產(chǎn)廠控制值的0.02之內(nèi) 氯離子含量 應(yīng)在生產(chǎn)廠控制值相對(duì)量的5%之內(nèi) 水泥凈漿流動(dòng)度 應(yīng)不小于生產(chǎn)廠控制值的95% 細(xì)度 粉狀防凍劑細(xì)度應(yīng)在生產(chǎn)廠控制值的2%之內(nèi) 六、試驗(yàn)方法1. 材料、配合比及攪拌按GB8076的3.1，3.2和3.3條規(guī)定。但混凝土坍落度為31cm。2. 試驗(yàn)項(xiàng)目及試件數(shù)量摻防凍劑混凝土的試驗(yàn)項(xiàng)目及試

14、件數(shù)量按下表規(guī)定。 試驗(yàn)項(xiàng)目 試驗(yàn)類別 試驗(yàn)所需試件數(shù)量 砂漿（凈漿） 拌和次數(shù) 每次取樣數(shù) 基準(zhǔn)砂漿 取樣數(shù) 受檢砂漿 取樣數(shù) 減水率 混凝土拌合物 3 1次 3次 3次 泌水率 混凝土拌合物 含氣量 混凝土拌合物 凝結(jié)時(shí)間差 混凝土拌合物 抗壓強(qiáng)度比 硬化混凝土 9塊 27塊 9塊 收縮率比 硬化混凝土 1塊 3塊 3塊 抗摻壓力比 硬化混凝土 2塊 6塊 6塊 凍融強(qiáng)度損失率比 硬化混凝土 1 6塊 6塊 6塊 鋼筋銹蝕 新拌或硬化砂漿 3 1塊 3塊 - 3.混凝土拌合物性能減水率、泌水率比、含氣量和凝結(jié)時(shí)間差按照GB8076進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算。 4. 硬化混凝土性能 4.1 試件制作 混

15、凝土試件制作及養(yǎng)護(hù)參照GBJ80進(jìn)行，但摻與不摻防凍劑混凝土坍落度31cm，試件制作 采用振臺(tái)振實(shí)，振動(dòng)時(shí)間1520s，環(huán)境及預(yù)養(yǎng)溫度為203。摻防凍劑受檢混凝土預(yù)養(yǎng)4h或按M=(T+10)t=120h控制(式中：M為度時(shí)積；T為溫度；t為溫度T的持續(xù)時(shí)間。)后，移入冰箱(或冰室)內(nèi)并用塑料布覆蓋試件，其環(huán)境溫度應(yīng)于34h內(nèi)均勻地降至規(guī)定溫度，養(yǎng)護(hù)7d后脫模，轉(zhuǎn)標(biāo)養(yǎng)到達(dá)規(guī)定齡期進(jìn)行試驗(yàn)。 4.2 抗壓強(qiáng)度比以受檢標(biāo)養(yǎng)混凝土、受檢負(fù)溫混凝土與基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度之比表示：.(1).(2).(3)式中：R-不同條件下的混凝土抗壓強(qiáng)度比，%；RAT-不同齡期(-7+28d或-7+56d)的基準(zhǔn)負(fù)溫混凝

16、土抗壓強(qiáng)度，MPa；RCA-標(biāo)養(yǎng)28d受檢混凝土的抗壓強(qiáng)度，MPa；RC-標(biāo)養(yǎng)28d基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度，MPa。每批一組，3塊試件數(shù)據(jù)取值原則同GBJ81規(guī)定。以三組試驗(yàn)結(jié)果強(qiáng)度的平均值計(jì)算抗壓強(qiáng)度比，精確到1%4.3 收縮率比收縮率參照GBJ82，基準(zhǔn)混凝土試件應(yīng)在3d齡期(從攪拌混凝土加水時(shí)算起)從標(biāo)養(yǎng)室取出移入恒溫恒濕室內(nèi)34h測(cè)定初始長(zhǎng)度，經(jīng)90d后再測(cè)量其長(zhǎng)度。受檢負(fù)溫混凝土，在規(guī)定條件養(yǎng)護(hù)7d，拆模后標(biāo)養(yǎng)3d，從標(biāo)養(yǎng)室取出后移入恒溫恒濕室內(nèi)34h測(cè)定初始長(zhǎng)度，經(jīng)90d后，再測(cè)量其長(zhǎng)度。以3個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值作為該混凝土的收縮率，收縮率比按式(4)計(jì)算：.(4)式中：Sr-收縮

17、率之比，%；AT-受檢負(fù)溫混凝土的收縮率；C-基準(zhǔn)混凝土的收縮率。計(jì)算精確到1%。4.4 抗?jié)B壓力(或高度)比參照GBJ82進(jìn)行，基準(zhǔn)混凝土到28d，受檢負(fù)溫混凝土到-7+56d進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)。但按0.2，0.4，0.6，0.8，1.0MPa加壓，每級(jí)恒壓8h，加壓到1.0MPa為止，若試件透水，則按式(5)計(jì)算透水壓力比，計(jì)算精確到1%。若試件未透水則將其劈開，測(cè)定試件10個(gè)等分點(diǎn)透水高度平均值，以一組6個(gè)試件測(cè)值的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，按式(6)計(jì)算透水高度之比，精確至1%。.(5)式中：Pr-透水壓力比，%；PAT-受檢負(fù)溫混凝土(-7+56d)的透水壓力，MPa；PC-標(biāo)養(yǎng)28d基準(zhǔn)混凝土

18、的透水壓力，MPa。.(6)式中：Hr-透水高度之比，%；HAT-受檢負(fù)溫混凝土6個(gè)試件測(cè)值的平均值，mm；HC-基準(zhǔn)混凝土6個(gè)試件測(cè)值的平均值，mm。 4.5 凍融強(qiáng)度損失率比 參照GBJ82進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算強(qiáng)度損失率，基準(zhǔn)混凝土試驗(yàn)齡期為28d，受檢負(fù)溫混凝土齡期為-7+28d。根據(jù)計(jì)算出的強(qiáng)度損失率再按式(7)計(jì)算受檢負(fù)混凝土與基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度損失率之比，計(jì)算精確到1%： .(7) 式中：fr-50次凍融強(qiáng)度損失率比，%； fAT-受檢負(fù)溫混凝土50次凍融強(qiáng)度損失率，%； fC-基準(zhǔn)混凝土50次凍融強(qiáng)度損失率，% 4.6 鋼筋銹蝕 試驗(yàn)采用鋼筋在新拌和硬化砂漿中陽(yáng)極極化曲線來測(cè)試，測(cè)試方法見

19、附錄A和B(補(bǔ)充件)。 5. 防凍劑勻質(zhì)性 按表2規(guī)定的項(xiàng)目，生產(chǎn)廠根據(jù)不同產(chǎn)品按照GB8077規(guī)定的方法測(cè)定勻質(zhì)性試驗(yàn)項(xiàng)目。七、檢驗(yàn)規(guī)則 1. 檢驗(yàn)分類 1.1 出廠檢驗(yàn) 檢驗(yàn)項(xiàng)目包括勻質(zhì)性的試驗(yàn)項(xiàng)目。 1.2 型式檢驗(yàn) 檢驗(yàn)項(xiàng)目包括勻質(zhì)性試驗(yàn)和摻防凍劑混凝土性能試驗(yàn)。 有下列情況之一者，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗(yàn)： a. 新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定型鑒定； b. 正式生產(chǎn)后，如成分、材料、工藝有較大改變，可能影響產(chǎn)品性能時(shí)； c. 正常生產(chǎn)時(shí)，每半年檢驗(yàn)一次； d. 產(chǎn)品長(zhǎng)期停產(chǎn)，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)； e. 出廠檢驗(yàn)結(jié)果與上次型式檢驗(yàn)有較大差異時(shí)； f. 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出進(jìn)行型式檢驗(yàn)要求時(shí)。 2. 批量 同一品種的防凍劑，每50t為一批，不足50t也可為一批。 3. 抽樣及留樣 每批取樣量應(yīng)不少于0.15t水泥所需的防凍劑(以其最大摻量計(jì))。 每一批取得樣品應(yīng)充分拌勻，分為二等份，一等份樣品按本標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)；另一份封存半年，以備有疑問時(shí)交國(guó)家指定的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)復(fù)驗(yàn)或仲裁。 4. 判定規(guī)則 產(chǎn)品經(jīng)檢驗(yàn)新拌混凝土的含氣量和硬化混凝土性能應(yīng)全部符合本標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，即可判定為相應(yīng)等級(jí)的產(chǎn)品，其余項(xiàng)目作參考指標(biāo)。 5. 復(fù)驗(yàn) 復(fù)驗(yàn)以封存