防凍劑的作用機理、成分及復配注意事項

1、防凍劑的作用機理、成分及復配注意事項在冬期施工過程中，當平均溫度小于或等于5C時，混凝土強度 發(fā)展緩慢。當最低氣溫在-1-2C時，如不采取有效保溫措施，新澆 筑的混凝土有可能發(fā)生凍害，一旦受凍將給混凝土帶來很大的破壞。 在冬季使用防凍劑，再加上良好的保溫養(yǎng)護是減輕混凝土早期病害及 提高混凝土防凍效果切實有效的措施，可保證混凝土的耐久性及強度 達到施工要求，保證混凝土工程質量。(一) 防凍劑作用機理防凍劑在混凝土中的作用機理主要有以下幾種。(1) 冰晶畸變理論純水在0C結冰時，由于氫鍵的作用會導致水分子匯聚形成凍脹 力很強的分子集合體。在水中加入防凍劑后，溫度降低到其冰點以下 也會慢慢慢慢有冰析

2、出，但水分子間的氫鍵由于受到防凍劑分子的干 擾，會析出呈絮狀結構、宏觀上非常柔軟、凍脹應力顯著降低的細小 冰晶。例如，NaN02、Na2SO4、Ca (NO 3) 2等降低凍脹力的能 力都很強。(2) 烏拉爾定律防凍劑的濃度對降低混凝土拌合物中液相冰點有一定的作用，只有降低液相冰點，才能保證在負溫下條件下，混凝土有液態(tài)的水參與 水泥水化。這是使用防凍劑的混凝土，在負溫條件下混凝土依然可以 水化，提高混凝土強度。(3) 液灰比平衡理論當溫度降至混凝土中液相冰點時，含有防凍劑的混凝土拌合物也 會逐漸開始析冰，在負溫環(huán)境下的液相，冰點隨著析冰濃度增大而降 低，隨即在此負溫條件下達到冰液共存狀態(tài)，也就

3、是新的動態(tài)平衡。 此時，混凝土中的液態(tài)水可以保證水泥繼續(xù)進行水化， 防凍劑濃度不 變，液相濃度也不變，冰融化產(chǎn)生的水補充水泥水化需要的水，這也 就是液灰比平衡。(4)成熟度理論溫度對水泥水化的影響極其顯著， 配合比一定的混凝土，隨著養(yǎng) 護溫度的降低，水泥水化速率變慢，混凝土強度的增長速率逐漸降低。 因此，混凝土強度的發(fā)展不僅僅是養(yǎng)護時間有關， 也與養(yǎng)護溫度有很 大的關系。比如20C時成熟度系數(shù)為1,而在-10C時成熟度系數(shù)僅 僅只有0.12。在冬期混凝土施工驗收時的混凝土成熟度按 600C d計 算，并規(guī)定不超過60d,對于很多不采取保溫措施的工程，即使超過 60d依然難以達到規(guī)定600C d

4、的成熟度，回彈檢測時常常強度偏低。(二) 防凍劑的成分在冬季混凝土工程施工中，為了避免混凝土遭受凍害，生產(chǎn)時常 加入防凍劑來降低混凝土中液態(tài)水的冰點溫度， 保證混凝土內部有滿 足水化的液態(tài)水存在，減輕由于低溫帶來的損害。目前應用較廣的防 凍劑大多是復合型防凍劑，具有坍落度損失小、減水率高、早期強度 高、凝結時間適中等優(yōu)點，其主要成分包含以下幾種。(1) 防凍組分其作用是破壞冰的晶形，降低水的液相冰點，保持混凝土內部存 在水泥水化反應所需要的液態(tài)水， 避免混凝土遭受凍害，盡快達到早 期強度。使用防凍組分首先可以降低水的冰點， 保證混凝土在負溫下 的水化反應繼續(xù)進行，如氯化鈉、亞硝酸鈉等；其次也可

5、以使冰的晶 格形態(tài)發(fā)生變化，降低凍脹應力，避免混凝土強度受到損害，如尿素、 甲醇等。此外，有些防凍劑雖然無法降低混凝土中水的冰點，卻可以 直接與水泥發(fā)生水化反應加快混凝土的凝結硬化，提高混凝土早期強 度，如氯化鈣、碳酸鉀等。（2）早強組分早強組分在混凝土水化反應中起催化作用， 加速混凝土的凝結硬 化，使其盡快達到抗凍臨界強度，提高混凝土的抗凍能力。同時，由 于水泥水化反應的進行，促進結合水的產(chǎn)生，水化反應也能產(chǎn)生一定 量的水化熱，減輕混凝土凍害。（3）減水組分減少混凝土的用水量，消除凍脹內因，增強混凝土密實度。減水 劑能將水泥分散為更小的顆粒，改善混凝土內部孔隙結構。減水劑吸 附在水泥表面可以

6、釋放包裹水，使冰晶粒度由大變小，減小結冰時的 對混凝土產(chǎn)生的脹凍壓力。（4）引氣組分弓I氣劑是引入的細小氣泡，吸收冰晶形成過程中產(chǎn)生的凍脹應力，減輕混凝土凍脹時的裂紋擴展，降低對混凝土凍脹力。含氣量的 增加還可以增加混凝土內部潤滑性， 改善混凝土和易性，進而改善混 凝土內部結構。細小氣泡可以切割混凝土內的有害孔道，提高混凝土 的耐久性。（三）防凍劑的復配過程中的注意事項防凍劑的復配不是簡單地將幾種不同組分混合在一起，應當通過實驗驗證各種成分復合后的效果是疊加還是相互抵消，同時應該根據(jù)混凝土原材料、配合比、技術要求等情況，充分考慮各組分對混凝土 性能的影響。（1）復配時用水量不能過高，容易造成防

7、凍減水劑劑自身結冰；（2）注意早期和防凍組分中無機鹽用量，防止用量過大造成減 水率降低、保坍能力下降以及對混凝土后期強度和耐久性的影響；（3）選用合適的無機鹽類防凍、早強組分，避免在低溫狀態(tài)下 結晶沉淀，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，避免影響到 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。（四）防凍劑的摻量如何恰當準確地確定防凍劑的摻量，防凍劑使用過程中十分關注 的同題。從實際應用來看，混凝土防凍劑的摻量受水泥品種、用量、 水灰比、溫度、減水劑品質及用量、養(yǎng)護條件、工程部位、形狀及模 板等影響。這些中水灰

8、比、溫度、結構件表面系數(shù)等與防凍劑摻量成 正比，而水泥用量、減水劑減少用水量等與防凍劑摻量成反比。有采 取以水灰比為基礎的說法，認為混凝土的抗凍能力與液體和灰量有關，相對應的防凍劑摻量計算為：a= Ct （W/C） d t （1）式中：a防凍劑摻量（%）;Ct 溫度t時防凍劑溶液質量分數(shù)（%）；dt原始水溶液密度（g/cm3）;I生成的冰量（%）；W/C混凝土的水灰比。從防凍劑摻量的公式看出，許多計算參數(shù)不容易確定，增加了計 算的難度和不準確性。有關人員研究發(fā)現(xiàn)混凝土中防凍劑水溶液結冰 量I達到40%50%時，對混凝土強度不會產(chǎn)生不良影響， 如結冰量 按仁50%由式（1）計算在混凝土確定的負溫

9、條件下防凍劑摻量為：a=0.5Ct （W/C） dt （2）（五）摻加防凍劑后的混凝土需不需要保溫養(yǎng)護有施工人員認為，混凝土中已經(jīng)添加的防凍劑，已經(jīng)具有防凍能 力不需要養(yǎng)護也沒事。從上文對防凍劑的作用機理分析來看，施工過 程中進行保溫養(yǎng)護是必要的也是必須的。 盡早使混凝土達到臨界強度 才時，減少混凝土凍害的根本。依照國家規(guī)范，冬季負溫度條件下澆 筑的混凝土在受凍前，混凝土不得低于硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土為設計混凝土強度標準的30%、礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土為設計混凝土強度標準的 40%,在摻用防凍劑的混凝土當溫 度降到防凍劑的規(guī)定溫度以下時，其強度不應低干3.55.0MPS，即 混凝土達到某一個強度值（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損害，氣溫正常后強度會升高到設計強度因此，在冬期混凝土工程施工過程中，使用防凍劑后依然應采用 其它冬季施工措施，如暖棚法、綜合蓄熱法等。在日氣溫-5C +5C正負溫交替條件下，可使用早強劑或早強