混凝土受凍機(jī)理和防凍劑的應(yīng)用

0引言我國北方地區(qū)冬期施工很普遍，如不采取有效措施或措施不當(dāng),混凝土易遭受凍害，造成工程事故。在混凝土工程的冬期施工方法中，摻加防凍劑是一個很好的選擇，通過摻加防凍劑可使冬期施工工藝操作簡單,保證工程質(zhì)量，節(jié)省能源和附加設(shè)施，降低冬期施工的工程造價(jià)。因此，了解混凝土凍害的機(jī)理和規(guī)律，熟悉混凝土防凍劑的作用機(jī)理及其使用方法，對保證工程質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)全年均衡施工具有十分重要的意義。1混凝土凍害機(jī)理分析混凝土拌和物澆筑后之所以能逐漸凝結(jié)硬化，直至獲得最終強(qiáng)度，是由于水泥的水化作用。水泥水化速度除與混凝土組成材料和配合比有關(guān)外，還與外界溫度密切相關(guān)。當(dāng)溫度升高時水化加快，強(qiáng)度增長加快，當(dāng)溫度降低到0℃度時，存在于混凝土中的水有一部分結(jié)冰,導(dǎo)致水泥水化減慢，強(qiáng)度增長相應(yīng)變慢。溫度繼續(xù)降低，當(dāng)混凝土中的水完全變成冰時，水泥的水化基本停止，此時混凝土的強(qiáng)度也不會再增長。水變成冰后體積約增大9%，同時產(chǎn)生約2.5MPa的膨脹應(yīng)力，這個應(yīng)力往往大于混凝土內(nèi)部形成的初始強(qiáng)度值，使混凝土受到不同程度的破壞。此外，水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料、鋼筋的黏結(jié)力。冰凌融化后，還會在混凝土內(nèi)部形成各種空隙，降低混凝土的耐久性。冬期施工當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到某一界限值時，由于結(jié)構(gòu)已初步形成，具備了抵抗凍脹破壞的能力，混凝土再受凍亦不會被凍壞，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期施工理論的一個重大突破，也是制定混凝土冬期施工措施的重要依據(jù)?；炷炼谑┕さ年P(guān)鍵就是要使混凝土盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。防凍劑的作用在于降低拌和物冰點(diǎn)，細(xì)化冰晶，混凝土在負(fù)溫下保持一定數(shù)量的液相水，使水泥緩慢水化，混凝土達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。2防凍劑的組分及作用機(jī)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)成冰率、冰晶形態(tài)轉(zhuǎn)化等理論，總結(jié)長期冬期施工實(shí)踐研制的，一般由四種成分組成。1）防凍組分防凍組分是一種使混凝土拌和物在負(fù)溫環(huán)境下不受凍害的化學(xué)物質(zhì)。許多無機(jī)鹽和有機(jī)物都有防凍功能。大部分無機(jī)鹽水溶液（如亞硝酸鈉、氯化鈉）與水有很低的共熔溫度，具有能降低水的冰點(diǎn)、使混凝土在負(fù)溫下仍在進(jìn)行水化的作用。在使用防凍劑時必須保持無機(jī)鹽足夠大的濃度，否則仍然會造成凍害。目前除了應(yīng)用無機(jī)鹽作為防凍組分外，有機(jī)防凍組分（如有機(jī)醇類、三乙醇胺等）也開始大范圍使用。有機(jī)組分既能降低水的冰點(diǎn)，也能使冰的晶格構(gòu)造嚴(yán)重變形,無法形成凍脹應(yīng)力，從而破壞水化礦物構(gòu)造使混凝土強(qiáng)度受損。2）早強(qiáng)組分早強(qiáng)組分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，增強(qiáng)混凝土抵御凍害的能力。更重要的是，早期的水化反應(yīng)速度的加快，可使混凝土內(nèi)大部分自由水變成不結(jié)冰的化合水，從而減少混凝土的凍害。3）減水組分減水組分的主要功能是：減少拌和水，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。減水成分可以釋放包裹水，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。換句話說，減水就意味著提高強(qiáng)度，就是提高混凝土的抗凍能力，同時也提高了混凝土的密實(shí)度,較大降低了自由水對混凝土形成的凍害，細(xì)化了毛細(xì)孔隙，對降低液相冰點(diǎn)有促進(jìn)作用。4）引氣組分摻加適量引氣組分，可以在混凝土拌和過程中引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的極性微氣泡。這樣既可以切割、封閉混凝土內(nèi)的連通孔道，減輕凍脹時的裂紋擴(kuò)展，又可以起到膨脹“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應(yīng)力，減輕凍害。3防凍劑的正確使用混凝土冬期施工方法有很多，一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用蓄熱法，如果經(jīng)熱工計(jì)算蓄熱法不能達(dá)到要求時，要考慮摻加防凍劑。摻防凍劑經(jīng)常與蓄熱法一起應(yīng)用，利用混凝土的初始熱量及水泥在水化過程中釋放出來的熱量，加快混凝土強(qiáng)度的增加。摻防凍劑時會對混凝土的耐久性產(chǎn)生不同程度的影響，應(yīng)該在滿足混凝土初期養(yǎng)護(hù)溫度可以達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度的前提下，盡量減少外加劑的摻量。還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)本身的要求，如氯鹽對鋼筋有銹蝕作用。在鋼筋混凝土工程和預(yù)應(yīng)力混凝土工程中，可摻用無氯鹽的防凍劑。在高濕度、高溫度環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)中，在與酸、堿等侵蝕性介質(zhì)相接觸的結(jié)構(gòu)中，摻用氯鹽阻銹類防凍劑等。防凍劑的選用必須正確理解“使用溫度”。任何一種符合標(biāo)準(zhǔn)的防凍劑產(chǎn)品,都有一個明確的“使用溫度”，即在環(huán)境溫度降到“使用溫度”前混凝土必須達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度,否則混凝土有可能被凍壞?；炷恋摹笆褂脺囟取痹降?說明該防凍劑防凍效果