早強防凍劑的作用機理和主要成分

1、混凝土防凍劑的原理及使用摘 要：結(jié)合工作實際，對混凝土的凍害過程作了介紹，闡述了綜合蓄熱法的防凍機理，提出了防凍劑的正確使用方法， 對有效防止混凝土受凍具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：混凝土，凍害，綜合蓄熱法 當環(huán)境溫度降到0 左右時，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。如何針對凍害原因制訂施工措施并不是一個簡單的問題。下面試結(jié)合具體工作中的一些經(jīng)驗，并參考相關(guān)文獻，提出幾點看法。混凝土的冬施措施有很多，華北地區(qū)常用的是綜合蓄熱法， 下面結(jié)合凍害原因重點探討一下綜合蓄熱法的防凍機理。1抗凍臨界強度 1. 1 在冬季施工時，當混凝土強度達到某一界限值時，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被凍壞，這一強度稱做混凝土的抗凍臨界強度。抗凍臨界強度的提出是混凝土冬季施工理論的一個重大突破，也是制訂混凝土冬施措施的重要依據(jù)。混凝土冬季施工的關(guān)鍵就是要使混凝土盡快達到抗凍臨界強度。 1. 2 大量試驗和實踐表明，混凝土抗凍臨界強度與水泥品種、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度略低一些(相對空白) ，這是因為混凝土摻防凍劑后其含水量減小、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)混凝土凍害機理，結(jié)合抗凍臨界強度、最優(yōu)

3、成冰率、冰晶形態(tài)轉(zhuǎn)化等理論，并總結(jié)長期冬季施工實踐研制的，一般由四種成分組成，其作用分述如下： 2. 1早強成分 強度后才能進行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應避免施工荷載對樓板產(chǎn)生較大的振動。主要作用是加速混凝土的凝結(jié)硬化，使之盡快達到抗凍臨界強度；在達到臨界強度以后，能加快混凝土硬化速度，克服負溫、低溫造成的強度增長緩慢現(xiàn)象。 2. 2引氣成分 在混凝土體內(nèi)引入微米級的細小氣泡(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) ，減輕凍脹時的裂紋擴展； 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作用的無機鹽，作用可概括如下:摻防凍組份(以NaNO2 ，摻2 %為例) 的水溶液冰點約為- 1. 5 ，當溫度降到- 1. 5 時，孔隙內(nèi)臨近受凍側(cè)的游離水開始結(jié)冰，冰體內(nèi)無機鹽部分析出，剩余游離水中鹽的濃度變大(冰點進一步降低) ；當

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)進行(盡管此時水化速度已較常溫大為減慢) 。由此可見:防凍劑的防凍機理是綜合性的，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、引氣、減水、防凍等因素共同作用而實現(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” 任何一種符合標準的防凍劑產(chǎn)品，都有一個明確的“使用溫度”(如- 15 、- 20 ) ，說使用溫度就是“允許混凝土施工的溫度”并不錯誤，但應著重與混凝土抗凍臨界強度聯(lián)系起來理解，即在環(huán)境溫度降到外加劑“使用溫度”前，混凝土必須達到抗凍臨界強度，這樣混凝土才是安全的，否則混凝土有可能被凍壞?；炷恋氖褂脺囟仍降停f明該防凍劑的防凍效果越好，混凝土越有更多的時間(含負溫區(qū)) 來增長強度，從而達到抗凍臨界強度的可能性大大增加。 目前國內(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，防凍劑配方設計難

7、度越大，不確定因素也增加，從這個角度講，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到抗凍臨界強度。 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，必要時對水和砂石料進行加熱。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)部的時間長一些，盡量延長水泥正溫水化時間， 這一點非常重要。保溫做得越好，混凝土降到外加劑“使用溫度” 的時間越長，越有時間達到抗凍臨界強度。為達到這個效果，覆蓋材料的種類和厚度應結(jié)合外加劑的使用溫度、抗凍臨界強度、環(huán)境溫度等因素通過熱工計算確定。 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、振搗來實現(xiàn)，攪拌延長30 min 是為了使外加劑更充分的混合，外加劑攪拌不勻甚至會引發(fā)事故。再者防凍劑有一個最佳攪拌時間和最佳振搗時間問題，過度會使其中的引氣量減小，不足又會使其中的氣泡分布不均甚至產(chǎn)生粗大劣質(zhì)氣泡，這些都會對防凍不利。此外，最大限度縮短運送距離，攪拌站搭設保溫棚，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，延長正溫養(yǎng)護時間，盡快達到抗凍臨界強度。 3. 4熱工計算 熱工計算主要參照湖南大學吳震東提出的“吳震東公式”進行，它有多方面的用途，在華北地區(qū)主要用來做驗證性計算。要點是: 1) 根據(jù)原材料和環(huán)境溫度

9、計算混凝土的入模溫度， T ； 2) 計算混凝土由此溫度降至防凍劑規(guī)定溫度所需的時間，h ； 3) 根據(jù)成熟度公式計算在上述養(yǎng)護時間內(nèi)混凝土能達到的強度，MPa ； 4) 比較該強度是否大于抗凍臨界強度，確定冬施方案是否可行； 5) 施工時留置同條件試塊，在環(huán)境溫度降至防凍劑使用溫度的前1 d 檢驗其實際強度，看是否達到抗凍臨界強度。 3. 5掌握防凍劑摻量 有人將說明書上的摻量視為基準摻量，施工時根據(jù)實際溫度上下調(diào)整，這種做法是冒險的。一般地，比較正規(guī)的防凍劑產(chǎn)品在配方設計時摻量與使用溫度都是一一對應的，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致強度下降(約5 %10 %) ； 因Na2SO4 、NaNO3 增加致使堿含量增高而對耐久性不利。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。混凝土防凍劑（JC475-92） 一、主題內(nèi)容與適用范圍 本標準規(guī)定了混凝土防凍劑的定義、分類、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志、貯存。 本標準適用于規(guī)定溫度-5、-10、-15的水泥混凝土防凍劑。二、引用標準 GB 8076混凝土外加劑 GB 8077混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法 GBJ 80普通混凝土拌合物性能試

11、驗方法 GBJ 81普通混凝土力學性能試驗方法 GBJ 82普通混凝土長期性能及耐久性試驗方法三、術(shù)語 1. 防凍劑 能使混凝土在負溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護條件下達到預期性能的外加劑。 2. 基準混凝土(C) 按照本標準規(guī)定的試驗條件配制不摻外加劑的標準養(yǎng)護混凝土。 3. 受檢標養(yǎng)混凝土(CA) 按照本標準規(guī)定的試驗條件配制摻防凍劑的標準養(yǎng)護混凝土。 4. 受檢負溫混凝土(AT) 按照本標準規(guī)定的試驗條件配制摻防凍劑并按規(guī)定條件養(yǎng)護的混凝土。 5. 規(guī)定溫度 受檢混凝土在負溫養(yǎng)護時的溫度，該溫度允許波動范圍為2。本標準的規(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符合下表要求。 試驗項目 性能指標 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)時間差，min 初凝 -120+120 -150+150 終凝 抗壓強度比，%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、次凍融強度損失率比，% 不大于 100 對鋼筋銹蝕作用 應說明對鋼筋有無銹蝕作用 2. 勻質(zhì)性防凍劑勻質(zhì)性應符合下表的要求試驗項目 指標 含固量 液體防凍劑：應在生產(chǎn)廠控制值的相對量的3%之內(nèi) 含水量 粉狀防凍劑：應在生產(chǎn)廠控制值的相對量的5%之內(nèi) 密度 液體防凍劑：應在生產(chǎn)廠控制值的0.02之內(nèi) 氯離子含量 應在生產(chǎn)廠控制值相對量的5%之內(nèi) 水泥凈漿流動度 應不小于生產(chǎn)廠控制值的95% 細度 粉狀防凍劑細度應在生產(chǎn)廠控制值的2%之內(nèi) 六、試驗方法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. 試驗項目及試件數(shù)量摻防凍劑混凝土的試驗項目及試

14、件數(shù)量按下表規(guī)定。 試驗項目 試驗類別 試驗所需試件數(shù)量 砂漿（凈漿） 拌和次數(shù) 每次取樣數(shù) 基準砂漿 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)時間差 混凝土拌合物 抗壓強度比 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)時間差按照GB8076進行測定和計算。 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)護參照GBJ80進行，但摻與不摻防凍劑混凝土坍落度31cm，試件制作 采用振臺振實，振動時間1520s，環(huán)境及預養(yǎng)溫度為203。摻防凍劑受檢混凝土預養(yǎng)4h或按M=(T+10)t=120h控制(式中：M為度時積；T為溫度；t為溫度T的持續(xù)時間。)后，移入冰箱(或冰室)內(nèi)并用塑料布覆蓋試件，其環(huán)境溫度應于34h內(nèi)均勻地降至規(guī)定溫度，養(yǎng)護7d后脫模，轉(zhuǎn)標養(yǎng)到達規(guī)定齡期進行試驗。 4.2 抗壓強度比以受檢標養(yǎng)混凝土、受檢負溫混凝土與基準混凝土抗壓強度之比表示：.(1).(2).(3)式中：R-不同條件下的混凝土抗壓強度比，%；RAT-不同齡期(-7+28d或-7+56d)的基準負溫混凝

16、土抗壓強度，MPa；RCA-標養(yǎng)28d受檢混凝土的抗壓強度，MPa；RC-標養(yǎng)28d基準混凝土的抗壓強度，MPa。每批一組，3塊試件數(shù)據(jù)取值原則同GBJ81規(guī)定。以三組試驗結(jié)果強度的平均值計算抗壓強度比，精確到1%4.3 收縮率比收縮率參照GBJ82，基準混凝土試件應在3d齡期(從攪拌混凝土加水時算起)從標養(yǎng)室取出移入恒溫恒濕室內(nèi)34h測定初始長度，經(jīng)90d后再測量其長度。受檢負溫混凝土，在規(guī)定條件養(yǎng)護7d，拆模后標養(yǎng)3d，從標養(yǎng)室取出后移入恒溫恒濕室內(nèi)34h測定初始長度，經(jīng)90d后，再測量其長度。以3個試件測值的算術(shù)平均值作為該混凝土的收縮率，收縮率比按式(4)計算：.(4)式中：Sr-收縮

17、率之比，%；AT-受檢負溫混凝土的收縮率；C-基準混凝土的收縮率。計算精確到1%。4.4 抗?jié)B壓力(或高度)比參照GBJ82進行，基準混凝土到28d，受檢負溫混凝土到-7+56d進行抗?jié)B試驗。但按0.2，0.4，0.6，0.8，1.0MPa加壓，每級恒壓8h，加壓到1.0MPa為止，若試件透水，則按式(5)計算透水壓力比，計算精確到1%。若試件未透水則將其劈開，測定試件10個等分點透水高度平均值，以一組6個試件測值的平均值作為試驗結(jié)果，按式(6)計算透水高度之比，精確至1%。.(5)式中：Pr-透水壓力比，%；PAT-受檢負溫混凝土(-7+56d)的透水壓力，MPa；PC-標養(yǎng)28d基準混凝土

18、的透水壓力，MPa。.(6)式中：Hr-透水高度之比，%；HAT-受檢負溫混凝土6個試件測值的平均值，mm；HC-基準混凝土6個試件測值的平均值，mm。 4.5 凍融強度損失率比 參照GBJ82進行試驗和計算強度損失率，基準混凝土試驗齡期為28d，受檢負溫混凝土齡期為-7+28d。根據(jù)計算出的強度損失率再按式(7)計算受檢負混凝土與基準混凝土強度損失率之比，計算精確到1%： .(7) 式中：fr-50次凍融強度損失率比，%； fAT-受檢負溫混凝土50次凍融強度損失率，%； fC-基準混凝土50次凍融強度損失率，% 4.6 鋼筋銹蝕 試驗采用鋼筋在新拌和硬化砂漿中陽極極化曲線來測試，測試方法見

19、附錄A和B(補充件)。 5. 防凍劑勻質(zhì)性 按表2規(guī)定的項目，生產(chǎn)廠根據(jù)不同產(chǎn)品按照GB8077規(guī)定的方法測定勻質(zhì)性試驗項目。七、檢驗規(guī)則 1. 檢驗分類 1.1 出廠檢驗 檢驗項目包括勻質(zhì)性的試驗項目。 1.2 型式檢驗 檢驗項目包括勻質(zhì)性試驗和摻防凍劑混凝土性能試驗。 有下列情況之一者，應進行型式檢驗： 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； c. 正常生產(chǎn)時，每半年檢驗一次； d. 產(chǎn)品長期停產(chǎn)，恢復生產(chǎn)時； e. 出廠檢驗結(jié)果與上次型式檢驗有較大差異時； f. 國家質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出進行型式檢驗要求時。 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 每批取樣量應不少于0.15t水泥所需的防凍劑(以其最大摻量計)。 每一批取得樣品應充分拌勻，分為二等份，一等份樣品按本標準項目進行試驗；另一份封存半年，以備有疑問時交國家指定的檢驗機構(gòu)復驗或仲裁。 4. 判定規(guī)則 產(chǎn)品經(jīng)檢驗新拌混凝土的含氣量和硬化混凝土性能應全部符合本標準技術(shù)要求，即可判定為相應等級的產(chǎn)品，其余項目作參考指標。 5. 復驗 復驗以封存