混凝土防凍劑的作用

1、混凝土防凍劑的作用混凝土防凍劑的作用有哪些？我國地域遼闊，在長江中下游、東 北、華北、及內蒙、青海、新疆等地，冬季氣溫都在-5T以下。低溫 對商品混凝土十分不利，在這些地區(qū)的商品混凝土的破壞多數與凍融 作用有關，因此許多地區(qū)為了混凝土更好的達到效果，需要用到混凝 土防凍劑，商品混凝土在凍融循環(huán)作用下破壞是關系到建筑物使用壽 命、工程質量、安全等方面的重大問題。凍融破壞是商品混凝土水工 建筑物損壞的主要形式之一，凍融破壞嚴重影響水工建筑的正常運 行，必須充分認識它的嚴重性，了解其破壞原因，采取正確的 設計、 施工和管理措施以減輕凍融破壞對建筑物的影響，就此問題國內外商 品混凝土專家對商品混凝土抗

2、凍問題的研究日益重視，各自理論不斷 提出，各種方法不斷采用，都力圖通過對商品混凝土受凍機理研究而 找到提高商品混凝土抗凍性能的更有效、更經濟、更實用的方法。1國內外關于商品混凝土受凍機理的研究狀況如下1.1水轉化為冰的相變過程常溫下硬化商品混凝土是由未水化的水泥、水泥水化產物、集料、 水、空氣共同組成的氣-液-固三相平衡體系，當商品混凝土處于 負溫下時，其內部孔隙中的水分將發(fā)生從液相到固相的轉變。對商品 混凝土受凍破壞的現象，人們最初僅僅是以水結冰時體積膨脹9%這 一自然現象來解釋，認為這種現象和盛滿水的密閉容器受凍后脹裂的 破壞情況類似。當孔溶液體積超過91%時，溶液結冰后產生膨脹壓力 使商

3、品混凝土結構破壞。但這種過于簡單的觀點無法解釋復雜的商品 混凝土受凍破壞的動力學過程。而且試驗表明水飽和度低于91%時， 商品混凝土也可能受凍破壞。這說明商品混凝土受凍破壞的機理遠遠 不止這么簡單。大量的研究表明影響商品混凝土受凍破壞的原因很 多，其機理相當復雜。但從本質上說，商品混凝土受凍破壞主要取決 于商品混凝土中水的存在形式?；炷练纼鰟┑淖饔?。1.2商品混凝土中水的存在形式及空隙中飽水程度在商品混凝土硬化初期商品混凝土中水存在形式：結晶水。如鈣磯石等晶體中所含的水稱結晶水，這部分水 是不可能結冰的。吸附水。也稱凝膠水，存在于各種水化物，如鈣磯石的膠 凝孔中，因凝膠孔尺寸很小，一般為15

4、!20!之間僅比水分子大一 個數量級，可認為在自然條件下這部分水是不可能結冰的。毛細孔水。存在于毛細孔中，這部分水是可凍的。由開文 公式:rtln(pr/po)=m/d(2/ r)式中r為氣體常數;t為絕對溫度;pr為曲率 半徑為的毛細管中液體的蒸汽壓;po為大體積液體的蒸汽壓;d為水的 密度;為表面張力;r為毛細管中的液體曲率半徑。得知隨毛細孔半徑的 減小，水蒸氣的冰點也隨之下降。例如：半徑為5!的孔中純水冰點為 -5C，而半徑為115!孔中水要到-70C才結冰。游離水。也稱自由水，存在于各種固體顆粒之間，是可凍 水。由此可見商品混凝土凍害是由于游離水和孔徑較大的毛細水結冰 造成的。水轉化為

5、冰體積約增大9%，若硬化商品混凝土孔隙中的游 離水達到飽和，則會在商品混凝土內部產生內應力，使商品混凝土結構發(fā)生破壞1另一種類似的說法這樣表述，商品混凝土是一種水泥石，粗細骨 料和各種氣孔組成的多相復合材料，其中孔徑在一定尺寸以上的毛細 孔和商品混凝土拌合物拌和時裹入的大氣孔在含水時受凍，是造成商 品混凝土受凍破壞的主要原因。當溫度降低到0C以下的某一溫度時， 由于商品混凝土孔隙內的水受凍而結冰對水泥石產生了膨脹壓力，當 這種膨脹壓力過大而超過了水泥石的抗拉強度時，水泥石就會受到損 害（如產生微裂縫）甚至于破壞。在一定負溫下商品混凝土受凍程度 除了與水泥石本身強度有關外，還與商品混凝土孔隙、及

6、孔隙中飽水 程度有關，尤其是孔結構對商品混凝土抗凍性影響最大。商品混凝土 中的孔隙一般分為水泥石中的凝膠孔、毛細孔和大氣孔等三種，因此 凝膠孔不受凍害;孔徑較小的毛細孔（約320!以下），由于其中水冰點 極低，一般不也不受凍害;而1000!以上的毛細孔則受凍融作用影響； 大氣孔中的水結冰是商品混凝土受凍破壞的最主要危害因素2。此 理論基本上同于上一理論，商品混凝土中水的存在形式是由商品混凝 土的孔隙結構決定的，商品混凝土中的毛細孔水和游離水也就是指存 在于大氣孔中的水分。而商品混凝土受凍害程度與孔隙中飽水程度有 關也就是肯定了水轉化成冰相變過程的說法。1.3靜水壓和滲透壓假說靜水壓理論：商品混

7、凝土在潮濕條件下，首先毛細孔吸滿水，商 品混凝土在攪拌成型時都會帶一些大的空氣泡，這些空氣泡內壁也能 吸附水，但在常壓下很難吸滿水，總還能留有沒有水的空間。在低溫 下毛細孔中水結成冰，體積膨脹，趨向于把未凍水推向大的空氣泡方 向流動，這就形成靜水壓力。滲透壓：是由孔內冰與未凍水兩相的自由能之差引起的。冰的飽 和蒸汽壓小于水的。這個蒸汽壓的差別推動未凍水向凍結區(qū)遷移，這 就是滲透壓。凍融循環(huán)對商品混凝土的破壞是水轉變?yōu)楸捏w積膨脹造成的 靜水壓力和冰水蒸汽壓差別所造成的滲透壓力共同作用的結果3。 對于兩者何者是凍壞主要原因，許多學者持不同見解。湖南大學的李 天援從理論分析計算著手及客觀存在的實驗

8、現象出發(fā)來論證靜水壓 和滲透壓大小，危害作用及程度。最后得出靜水壓是商品混凝土凍害 的主要因素4。這一理論是在肯定商品混凝土的孔隙結構和商品混 凝土中水的存在形式的基礎上，進一步加深了對商品混凝土受凍機理 的研究，把力學觀點和數學運算應用于此，使得關于混凝 土的受凍 機理的理解更加科學化。1.4凍融臨界飽水值瑞士 fagerland曾提出凍融臨界飽水值法。此法基本思想，認為 商品混凝土能夠容納的可凍結水含量存在一個臨界值，當內部水量未 達到臨界值時，即使出現凍害環(huán)境，商品混凝土也不會凍壞，到達臨 界值之后，商品混凝土將迅速破壞5。根據power多年試驗與理論研究認為，對商品混凝土凍融破壞最 大

9、的因素是凍結溫度、降溫速度和飽水程度（或飽和度），尤以飽水 程度影響為最甚。水是造成商品混凝土受凍破壞的主要原因，現行的 有抗凍要求的商品混凝土都要對其水灰比做出限制，水灰比越小其抗 凍性越好。如果商品混凝土中的孔隙水都達不到飽和，也就不存在凍 脹破壞及水分遷移，因此凍融臨界飽水值法，也是基于上述理論的補 充說明。1.5水分遷移及干燥早在五六十年代美國著名水泥商品混凝土專家t.c.powers曾總 結了許多學者工作，提出了商品混凝土早期受凍模型：宏觀模型析冰 6即凍脹現象，這個觀點是以土壤凍脹的taber-collins學說引進商品 混凝土的。該學說認為冰凍的原因基本不是簡單的受凍膨脹，而主要

10、 來自于水分的遷移，使得冰晶增大，產生壓力致使結構破壞。1990年來華講學的國際建研聯(lián)冬施委員會秘書長，原蘇聯(lián)學者 拉高一達對新拌商品混凝土立即受凍提出了新的試驗結果，即立即受 凍w/c=0.4的遷移比w/c=0.7嚴重，經分析認為：水分遷移是造成立 即受凍商品混凝土結構損傷的主要原因。黑龍江省低溫建筑研究所在80年代初期對立即受凍普通商品混 凝土作過系統(tǒng)研究，認為遷移導致結冰，使商品混凝土結構造成終身 損害。沈陽建筑工程學院的張巨松在承認遷移是凍害的一個原因外，提 出了干燥也對早期凍害起一定作用，即水分遷移導致兩種結果：一是 增加了表面區(qū)域內形成的冰晶，產生了結晶壓力，破壞了商品混凝土 結構

11、均勻性，對已形成的結構產生破壞作用；二是商品混凝土內部沒 有生成冰晶，但遷移使得商品混凝土內部產生干燥破壞。對于不飽和的一個凍融結冰和干燥這兩種破壞因素對不同的發(fā)展階段商品混凝土的作用是不同的。立即受凍的商品混凝土是以遷移結冰造成結構不 均勻為主，因此時商品混凝土尚處于塑性階段， 遷移導致內部的干 燥收縮，不致使商品混凝土結構破壞。相反預養(yǎng)受凍的破壞除了可能產生上述的結晶破壞外，干燥破壞 是不可忽視的因素，因為此時商品混凝土內部完全沒有生成冰晶，實 際工程中的商品混凝土受凍不是一次凍結。立即受凍的商品混凝土即 產生嚴重的遷移結冰，隨著轉入正溫，結構的發(fā)展又承受了嚴重的干 燥破壞。所以預養(yǎng)時間越

12、短，最終結構損傷越大7。這一部分的敘述主要是針對于早期受凍的商品混凝土，對商品混 凝土受凍過程進行了更進一步的區(qū)分。商品混凝土早期受凍是指商品 混凝土在養(yǎng)護硬化期間受凍，在此期間商品混凝土中的水分較成齡商 品混凝土多，因此水分遷移對商品混凝土結構的破壞較嚴重。而遷移 造成的干燥嚴重影響了商品混凝土正常養(yǎng)護和強度增長。綜上所述，商品混凝土受凍破壞主要是一種力學行為，即水的運 動對商品混凝土結構的影響。商品混凝土可凍水在結冰時體積膨脹而 產生了靜水壓、滲透壓、水分遷移，促使結構破壞。同時也提到一些 相關因素，商品混凝土水的存在形式、飽水程度、干燥程度等。通過 對商品混凝土抗凍機理的進一步了解，相信

13、我們會找出更加完善的方 案來提高商品混凝土的抗凍性能。2商品混凝土防凍外加劑使用防凍外加劑就是一種有效地提高商品混凝土抗凍性的措施。負溫對商品混凝土十分不利，其一是施工周期長。其二是影響工程質 量。使用混凝土防凍劑是寒冷地區(qū)保證商品混凝土冬期施工質量，節(jié) 省能源，降低工程造價的有效措施。加入外加劑進行商品混凝土冬季 施工，其主要作用有以下幾點8:降低了商品混凝土早期受凍的臨界強度。總的來說摻外加 劑后可使臨界強度降低(20%30%)r28,這就大大的縮短了商品混凝 土的養(yǎng)護時間，降低了養(yǎng)護的造價，縮短了施工周期。促使新拌商品混凝土內固相水-冰的結晶畸變。摻外加劑商 品混凝土中液相的固化，實際上

14、是把一部分水貯存起來，隨著結冰的 進程，由于液相的減少，使外加劑的濃度不斷增大，與此同時，一部 分水用于水泥的水化并結合于水化物中，也使?jié)舛仍黾?，冰點下降， 當外加劑溶液的濃度在商品混凝土液相中接近平衡時，則水泥所需要 的水量就由溶冰來獲得。其結果，是商品混凝土中的含冰量逐漸減少 并直到消失。改變商品混凝土的孔結構。無論是新澆商品混凝土還是硬 化商品混凝土的抗凍性，均與商品混凝土的孔結構有關。通過引氣外 加劑使商品混凝土具有一定的空氣含量，從而改善商品混凝土的孔結 構，可以提高其耐久性及抗早期受凍的能力。提高商品混凝土早期強度。早強作用主要是改變水泥中硅 酸鹽的溶解性，從而加速了水泥商品混凝土

15、的硬化，并生成了復式及 堿性的水化生成物。生成的水化物結晶在某種程度上就加強了水泥漿 的結構形成作用使新澆商品混凝土較快地達到臨界強度。改變了商品混凝土水灰比及降低商品混凝土拌合物的用水 量。水灰比影響商品混凝土的孔結構及結構形成過程，因此冬期施工 力圖通過外加劑的減水增塑作用，不斷降低商品混凝土的 水灰比。 為了滿足冬季施工的要求，國內外科學工作者對混凝土防凍劑技術進 行了不懈的研究和追求，取得了一系列令人滿意的結果，防凍理論日 漸完善，混凝土防凍劑產品和品 種得到了長足的發(fā)展，冬期施工中 可使用的外加劑除混凝土防凍劑以外，還有引氣劑、減水劑、早強劑 等，常常將它們復合使用。2.1引氣劑引氣

16、劑的摻入可在商品混凝土中產生適量的閉合微小氣泡，改善 商品混凝土結構，有助于商品混凝土抵抗早期凍害。當水受凍膨脹時 產生的附加孔隙可起緩沖作用，減少破壞，因而能增加商品混凝土的 抗凍性。商品混凝土中摻入引氣劑后，引入大量均勻、穩(wěn)定而封閉的微小 氣泡，這些微小封閉氣泡互不連通、均勻穩(wěn)定分布在商品混凝土中， 當孔隙內自由水凍結時，氣泡被壓縮，可 大為減輕冰凍給孔隙帶來 的脹壓力;溶解時這些氣泡可恢復原狀，因此孔隙內自由水反復凍融 也不致對孔壁產生很大的壓力。這些氣泡在商品混凝土中起類似滾珠 的作 用，可使商品混凝土的流動性大為改善，提高了商品混凝土的 和易性，減少泌水和分離。由于和易性改善，可以降

17、低商品混凝土的 單位用水量，在水泥用量不變的情況，可以彌補 部分由于引氣而致 的強度損失。只要引氣量合適，普通商品混凝土也可以獲得非常高的 抗凍性能。引氣劑用于提高商品混凝土的抗凍性已有多年的歷史，長期以 來，它的功能主要被歸結于氣泡卸壓這一物理作用。氣泡的物理作用 和引氣劑的表面化學作用同為引氣商品混凝土抗凍性提高所不可忽 略的原因9。2.2減水劑它可以不改變和易性，增大商品混凝土熟料的流動性，從而減少 商品混凝土的拌和用水量，降低水灰比因而減少由于水凍結而產生的 結構缺陷的機會，并可強化商品混凝土的硬 化過程。摻入減水劑能 夠改善商品混凝土的工作性，使更易于澆筑成型，從而使商品混凝土 的密

18、實度增加，泌水率減小，商品混凝土內外分層現象減輕避免商品 混凝土表層凍酥及在鋼 筋石子周圍形成冰膜;商品混凝土的水灰比 減小，商品混凝土內的氣泡直徑和間距相應減小，有利于提高抗凍性。 高效減水劑對水泥的分散作用可提高早強組分和防凍組分的 作用 效果。減水劑具有分散的作用，它能夠使水泥成為細小的、彼此分離的 單個粒子，均勻的分散于水中，還能使水泥微粒表層形成 一層穩(wěn)定 的水膜，而增加商品混凝土拌合物的和易性，減少水泥用量。因此減 水劑有改善商品混凝土的空隙結構，增強耐久性的能力。由于減水劑 減少了商品混凝土中的含水量的 作用，并能使冰晶粒度細小且分 散，從而減弱了含冰量對商品混凝土結構的破壞作用

19、。2.3早強劑可縮短水泥的凝結時間，加速商品混凝土強度增長，及水泥的早 期放熱反應。早強劑作用：（1）加速水泥水化。使水泥礦物中的c3s、c3a 與水迅速反應，生成鈣磯石晶體和鈣磯石凝膠較早達到臨界強度，以 抵抗水結冰時的冰脹應力。（2）降低冰點。一方面早強劑也是電解 質，另一方面因大量的游離水成為結合水，使混凝土防凍劑的濃度增 大，提高了商品混凝土的早期強度，為商品混凝土提前進入抗凍臨界 強度創(chuàng)造條件。對我國各種混凝土防凍劑成分調查發(fā)現，其組成成分不能單一， 必須是多種成分復合而成。高效減水劑、早強劑、引氣劑等多種成分 復合使用，相互彌補各自的缺點和充分 發(fā)揮各自的作用，這樣才能 做到使混凝

20、土防凍劑具有抗凍、早強、阻銹、催化等綜合作用，才能 獲得最佳效果。高效混凝土防凍劑是基于大幅度的減少造成凍害的根 本，提高商品混凝土早期強度，提高毛細管中混凝土防凍劑濃度和細 化毛細管徑等多種降低冰點的方法及引入適量氣相降低凍脹應力為 配置依據的。上述關于凍害機理及防凍外加劑的敘述是密切相關的，只有更透 徹的了解商品混凝土的凍害機理才能在此基礎上不斷的研究和生產 出更多更優(yōu)質的防凍外加劑，才能不斷提高商品混凝土的抗凍性，延 長冬季施工時間，提高冬期施工質量，節(jié)省冬季施工費用，創(chuàng)造更大 的經濟效益。我國地域遼闊，在長江中下游、東北、華北、及內蒙、 青海、新疆等地，冬季氣溫都在-5C以下。低溫對商

21、品混凝土十分不 利，在這些地區(qū)的商品混凝土的破壞多數與凍融作用有關，商品混凝 土在凍融循環(huán)作用下破壞是關系到建筑物使用壽命、工程質量、安全 等方面的重大問題。凍融破壞是商品混凝土水工建筑物損壞的主要形 式之一，凍融破壞嚴重影響水工建筑的正常運行，必須充分認識它的 嚴重性，了解其破壞原因，采取正確的 設計、施工和管理措施以減 輕凍融破壞對建筑物的影響，就此問題國內外商品混凝土專家對商品 混凝土抗凍問題的研究日益重視，各自理論不斷提出，各種方法不斷 采用，都力圖通過對商品混凝土受凍機理研究而找到提高商品混凝 土抗凍性能的更有效、更經濟、更實用的方法。1國內外關于商品混凝土受凍機理的研究狀況如下1.

22、1水轉化為冰的相變過程常溫下硬化商品混凝土是由未水化的水泥、水泥水化產物、集料、 水、空氣共同組成的氣-液-固三相平衡體系，當商品混凝土處于 負溫下時，其內部孔隙中的水分將發(fā)生從液相到固相的轉變。對商品 混凝土受凍破壞的現象，人們最初僅僅是以水結冰時體積膨脹9%這 一自然現象來解釋，認為這種現象和盛滿水的密閉容器受凍后脹裂的 破壞情況類似。當孔溶液體積超過91%時，溶液結冰后產生膨脹壓力 使商品混凝土結構破壞。但這種過于簡單的觀點無法解釋復雜的商品 混凝土受凍破壞的動力學過程。而且試驗表明水飽和度低于91%時， 商品混凝土也可能受凍破壞。這說明商品混凝土受凍破壞的機理遠遠 不止這么簡單。大量的

23、研究表明影響商品混凝土受凍破壞的原因很 多，其機理相當復雜。但從本質上說，商品混凝土受凍破壞主要取決 于商品混凝土中水的存在形式。1.2商品混凝土中水的存在形式及空隙中飽水程度在商品混凝土硬化初期商品混凝土中水存在形式：結晶水。如鈣磯石等晶體中所含的水稱結晶水，這部分水 是不可能結冰的。吸附水。也稱凝膠水，存在于各種水化物，如鈣磯石的膠 凝孔中，因凝膠孔尺寸很小，一般為15!20!之間僅比水分子大一 個數量級，可認為在自然條件下這部分水是不可能結冰的。毛細孔水。存在于毛細孔中，這部分水是可凍的。由開文 公式:rtln(pr/po)=m/d(2/ r)式中r為氣體常數;t為絕對溫度;pr為曲率

24、半徑為的毛細管中液體的蒸汽壓;po為大體積液體的蒸汽壓；d為水的 密度;為表面張力；r為毛細管中的液體曲率半徑。得知隨毛細孔半徑的 減小，水蒸氣的冰點也隨之下降。例如：半徑為5!的孔中純水冰點為 -5C，而半徑為115!孔中水要到-70C才結冰。游離水。也稱自由水，存在于各種固體顆粒之間，是可凍 水。由此可見商品混凝土凍害是由于游離水和孔徑較大的毛細水結冰 造成的。水轉化為冰體積約增大9%，若硬化商品混凝土孔隙中的游 離水達到飽和，則會在商品混凝土內部產生內應力，使商品混凝土結 構發(fā)生破壞1。另一種類似的說法這樣表述，商品混凝土是一種水泥石，粗細骨 料和各種氣孔組成的多相復合材料，其中孔徑在一

25、定尺寸以上的毛細 孔和商品混凝土拌合物拌和時裹入的大氣孔在含水時受凍，是造成商 品混凝土受凍破壞的主要原因。當溫度降低到0C以下的某一溫度時， 由于商品混凝土孔隙內的水受凍而結冰對水泥石產生了膨脹壓力，當 這種膨脹壓力過大而超過了水泥石的抗拉強度時，水泥石就會受到損 害（如產生微裂縫）甚至于破壞。在一定負溫下商品混凝土受凍程度 除了與水泥石本身強度有關外，還與商品混凝土孔隙、及孔隙中飽水 程度有關，尤其是孔結構對商品混凝土抗凍性影響最大。商品混凝土 中的孔隙一般分為水泥石中的凝膠孔、毛細孔和大氣孔等三種，因此 凝膠孔不受凍害;孔徑較小的毛細孔（約320!以下），由于其中水冰點 極低，一般不也不

26、受凍害;而1000!以上的毛細孔則受凍融作用影響； 大氣孔中的水結冰是商品混凝土受凍破壞的最主要危害因素2。此 理論基本上同于上一理論，商品混凝土中水的存在形式是由商品混凝 土的孔隙結構決定的，商品混凝土中的毛細孔水和游離水也就是指存 在于大氣孔中的水分。而商品混凝土受凍害程度與孔隙中飽水程度有 關也就是肯定了水轉化成冰相變過程的說法。1.3靜水壓和滲透壓假說靜水壓理論：商品混凝土在潮濕條件下，首先毛細孔吸滿水，商 品混凝土在攪拌成型時都會帶一些大的空氣泡，這些空氣泡內壁也能 吸附水，但在常壓下很難吸滿水，總還能留有沒有水的空間。在低溫 下毛細孔中水結成冰，體積膨脹，趨向于把未凍水推向大的空氣

27、泡方 向流動，這就形成靜水壓力。滲透壓：是由孔內冰與未凍水兩相的自由能之差引起的。冰的飽 和蒸汽壓小于水的。這個蒸汽壓的差別推動未凍水向凍結區(qū)遷移，這 就是滲透壓。凍融循環(huán)對商品混凝土的破壞是水轉變?yōu)楸捏w積膨脹造成的 靜水壓力和冰水蒸汽壓差別所造成的滲透壓力共同作用的結果3。 對于兩者何者是凍壞主要原因，許多學者持不同見解。湖南大學的李 天援從理論分析計算著手及客觀存在的實驗現象出發(fā)來論證靜水壓 和滲透壓大小，危害作用及程度。最后得出靜水壓是商品混凝土凍害 的主要因素4。這一理論是在肯定商品混凝土的孔隙結構和商品混 凝土中水的存在形式的基礎上，進一步加深了對商品混凝土受凍機理 的研究，把力學

28、觀點和數學運算應用于此，使得關于混凝 土的受凍 機理的理解更加科學化。1.4凍融臨界飽水值瑞士 fagerland曾提出凍融臨界飽水值法。此法基本思想，認為 商品混凝土能夠容納的可凍結水含量存在一個臨界值，當內部水量未 達到臨界值時，即使出現凍害環(huán)境，商品混凝土也不會凍壞，到達臨 界值之后，商品混凝土將迅速破壞5。根據power多年試驗與理論研究認為，對商品混凝土凍融破壞最 大的因素是凍結溫度、降溫速度和飽水程度（或飽和度），尤以飽水 程度影響為最甚。水是造成商品混凝土受凍破壞的主要原因，現行的 有抗凍要求的商品混凝土都要對其水灰比做出限制，水灰比越小其抗 凍性越好。如果商品混凝土中的孔隙水都

29、達不到飽和，也就不存在凍 脹破壞及水分遷移，因此凍融臨界飽水值法，也是基于上述理論的補 充說明。1.5水分遷移及干燥早在五六十年代美國著名水泥商品混凝土專家t.c.powers曾總 結了許多學者工作，提出了商品混凝土早期受凍模型：宏觀模型析冰 6即凍脹現象，這個觀點是以土壤凍脹的taber-collins學說引進商品 混凝土的。該學說認為冰凍的原因基本不是簡單的受凍膨脹，而主要 來自于水分的遷移，使得冰晶增大，產生壓力致使結構破壞。1990年來華講學的國際建研聯(lián)冬施委員會秘書長，原蘇聯(lián)學者 拉高一達對新拌商品混凝土立即受凍提出了新的試驗結果，即立即受 凍w/c=0.4的遷移比w/c=0.7嚴重

30、，經分析認為：水分遷移是造成立 即受凍商品混凝土結構損傷的主要原因。黑龍江省低溫建筑研究所在80年代初期對立即受凍普通商品混 凝土作過系統(tǒng)研究，認為遷移導致結冰，使商品混凝土結構造成終身 損害。沈陽建筑工程學院的張巨松在承認遷移是凍害的一個原因外，提 出了干燥也對早期凍害起一定作用，即水分遷移導致兩種結果：一是 增加了表面區(qū)域內形成的冰晶，產生了結晶壓力，破壞了商品混凝土 結構均勻性，對已形成的結構產生破壞作用；二是商品混凝土內部沒 有生成冰晶，但遷移使得商品混凝土內部產生干燥破壞。對于不飽和 的一個凍融結冰和干燥這兩種破壞因素對不同的發(fā)展階段商品混凝 土的作用是不同的。立即受凍的商品混凝土是

31、以遷移結冰造成結構不 均勻為主，因此時商品混凝土尚處于塑性階段， 遷移導致內部的干 燥收縮，不致使商品混凝土結構破壞。相反預養(yǎng)受凍的破壞除了可能產生上述的結晶破壞外，干燥破壞 是不可忽視的因素，因為此時商品混凝土內部完全沒有生成冰晶，實 際工程中的商品混凝土受凍不是一次凍結。立即受凍的商品混凝土即 產生嚴重的遷移結冰，隨著轉入正溫，結構的發(fā)展又承受了嚴重的干 燥破壞。所以預養(yǎng)時間越短，最終結構損傷越大7。這一部分的敘述主要是針對于早期受凍的商品混凝土，對商品混 凝土受凍過程進行了更進一步的區(qū)分。商品混凝土早期受凍是指商品 混凝土在養(yǎng)護硬化期間受凍，在此期間商品混凝土中的水分較成齡商 品混凝土多

32、，因此水分遷移對商品混凝土結構的破壞較嚴重。而遷移 造成的干燥嚴重影響了商品混凝土正常養(yǎng)護和強度增長。綜上所述，商品混凝土受凍破壞主要是一種力學行為，即水的運 動對商品混凝土結構的影響。商品混凝土可凍水在結冰時體積膨脹而 產生了靜水壓、滲透壓、水分遷移，促使結構破壞。同時也提到一些 相關因素，商品混凝土水的存在形式、飽水程度、干燥程度等。通過 對商品混凝土抗凍機理的進一步了解，相信我們會找出更加完善的方 案來提高商品混凝土的抗凍性能。2商品混凝土防凍外加劑使用防凍外加劑就是一種有效地提高商品混凝土抗凍性的措施。 負溫對商品混凝土十分不利，其一是施工周期長。其二是影響工程質 量。使用混凝土防凍劑

33、是寒冷地區(qū)保證商品混凝土冬期施工質量，節(jié) 省能源，降低工程造價的有效措施。加入外加劑進行商品混凝土冬季 施工，其主要作用有以下幾點8:降低了商品混凝土早期受凍的臨界強度?？偟膩碚f摻外加劑后可使臨界強度降低(20%30%)r28,這就大大的縮短了商品混凝 土的養(yǎng)護時間，降低了養(yǎng)護的造價，縮短了施工周期。促使新拌商品混凝土內固相水-冰的結晶畸變。摻外加劑商 品混凝土中液相的固化，實際上是把一部分水貯存起來，隨著結冰的 進程，由于液相的減少，使外加劑的濃度不斷增大，與此同時，一部 分水用于水泥的水化并結合于水化物中，也使?jié)舛仍黾樱c下降， 當外加劑溶液的濃度在商品混凝土液相中接近平衡時，則水泥所需

34、要 的水量就由溶冰來獲得。其結果，是商品混凝土中的含冰量逐漸減少 并直到消失。改變商品混凝土的孔結構。無論是新澆商品混凝土還是硬 化商品混凝土的抗凍性，均與商品混凝土的孔結構有關。通過引氣外 加劑使商品混凝土具有一定的空氣含量，從而改善商品混凝土的孔結 構，可以提高其耐久性及抗早期受凍的能力。提高商品混凝土早期強度。早強作用主要是改變水泥中硅 酸鹽的溶解性，從而加速了水泥商品混凝土的硬化，并生成了復式及 堿性的水化生成物。生成的水化物結晶在某種程度上就加強了水泥漿 的結構形成作用使新澆商品混凝土較快地達到臨界強度。改變了商品混凝土水灰比及降低商品混凝土拌合物的用水 量。水灰比影響商品混凝土的孔

35、結構及結構形成過程，因此冬期施工 力圖通過外加劑的減水增塑作用，不斷降低商品混凝土的 水灰比。 為了滿足冬季施工的要求，國內外科學工作者對混凝土防凍劑技術進 行了不懈的研究和追求，取得了一系列令人滿意的結果，防凍理論日 漸完善，混凝土防凍劑產品和品 種得到了長足的發(fā)展，冬期施工中 可使用的外加劑除混凝土防凍劑以外，還有引氣劑、減水劑、早強劑 等，常常將它們復合使用。2.1引氣劑引氣劑的摻入可在商品混凝土中產生適量的閉合微小氣泡，改善 商品混凝土結構，有助于商品混凝土抵抗早期凍害。當水受凍膨脹時 產生的附加孔隙可起緩沖作用，減少破壞，因而能增加商品混凝土的 抗凍性。商品混凝土中摻入引氣劑后，引入大量均勻、穩(wěn)定而封閉的微小 氣泡，這些微小封閉氣泡互不連通、均勻穩(wěn)定分布在商品混凝土中， 當孔隙內自由水凍結時，氣泡被壓縮，可 大為減輕冰凍給孔隙帶來 的脹壓力;溶解時這些氣泡可恢復原狀，因此孔隙內自由水反復凍融 也不致對孔壁產生很大的壓力。這些氣泡在商品混凝土中起類似滾珠 的作 用，可使商品混凝土的流動性大為改善