段東方 溫慶如 劉尊玉

河南科之杰新材料有限公司（453700）

混凝土防凍劑的配制及應(yīng)用

段東方 溫慶如 劉尊玉

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混凝土的凍害嚴(yán)重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。這里分析了冬季施工混凝土產(chǎn)生早期凍害的原因，介紹了防凍劑中各防凍組分預(yù)防混凝土凍害的作用機(jī)理以及防凍劑在使用過程中應(yīng)該注意的問題。

混凝土凍害；防凍劑；防凍組分；防凍機(jī)理

0 前言

在1991年召開的國際混凝土耐久性會(huì)議上，Metha教授指出凍害所造成的混凝土結(jié)構(gòu)破壞僅次于鋼筋銹蝕所造成的混凝土結(jié)構(gòu)破壞，高居造成混凝土破壞原因的第二位，凍害已經(jīng)嚴(yán)重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[1]。

混凝土的凍害分兩種，一是已經(jīng)充分硬化的混凝土經(jīng)受正負(fù)溫度交替變化產(chǎn)生凍害，二是混凝土早期受凍發(fā)生凍害。其中，混凝土的早期凍害主要是由于新拌混凝土未達(dá)到臨界抗壓強(qiáng)度之前混凝土中尚未參與水化反應(yīng)的游離水結(jié)冰體積膨脹，而此時(shí)水泥尚未充分水化，起緩沖調(diào)節(jié)作用的膠凝孔尚未完全形成，從而造成混凝土凍脹破壞。此外，混凝土的凝結(jié)硬化過程也因?yàn)榘韬退慕Y(jié)冰而中斷，使得水泥的微觀結(jié)構(gòu)形成過程受阻，從而造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損，產(chǎn)生不可恢復(fù)的強(qiáng)度損失。

目前，在改善新拌混凝土抗凍害性能方面，除了注重新澆筑混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)等措施外，主要依靠添加混凝土防凍劑來增強(qiáng)新拌混凝土的抗凍性。現(xiàn)在市面上常見的混凝土防凍劑主要由防凍組分、早強(qiáng)組分、引氣組分、減水組分等四部分構(gòu)成，各組分的具體作用機(jī)理如下:

1 防凍劑各組分及其防凍機(jī)理

1.1 防凍組分

防凍組分的主要作用是顯著降低混凝土中液相的冰點(diǎn)，令混凝土在負(fù)溫狀態(tài)下，內(nèi)部未水化的拌和水依舊保持為液體狀態(tài)，讓水泥的水化反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，維持混凝土的強(qiáng)度增長速度。同時(shí)，防凍組分與拌和水混合共溶后顯著降低了混凝土中游離水的冰點(diǎn)，避免了混凝土中冰晶的形成，使其無法產(chǎn)生凍脹應(yīng)力，防止了冰晶對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成的凍脹損害。目前常用的混凝土防凍組分主要有醇類和部分無機(jī)鹽類。通過王曦東[2]、王淑敏[3]等人的研究，在低溫狀況下，水泥的水化速度雖較常溫有較大幅度降低，但是防凍組分的加入使得混凝土在連續(xù)降溫過程中始終有一定的液相水參與水泥的水化。

1.2 早強(qiáng)組分

混凝土防凍劑中的早強(qiáng)組分可以加快水泥的水化速度，加速混凝土的凝結(jié)硬化，降低了混凝土內(nèi)部游離水的數(shù)量,減輕了游離水發(fā)生凍害的幾率。同時(shí)，早強(qiáng)組分的加入能夠使混凝土盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。混凝土的抗凍臨界強(qiáng)度是指當(dāng)混凝土達(dá)到某一強(qiáng)度值（臨界強(qiáng)度），就可以具有一定的抵抗強(qiáng)度，低溫不會(huì)再對(duì)混凝土造成傷害。通過李文斌等人的研究得出[4]，摻加具有早強(qiáng)組分的防凍劑可以保證混凝土在低溫狀態(tài)下盡快達(dá)到臨界受凍強(qiáng)度，增強(qiáng)了混凝土的抗凍性能。

1.3 引氣組分

混凝土中引氣劑形成的互不連通的微細(xì)氣孔起到“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應(yīng)力起到減壓作用。在混凝土受凍結(jié)冰過程中，這些孔隙可以阻止或抑制水泥漿中微小冰體的形成。影響混凝土抗凍性的關(guān)鍵因素在于引氣劑引入氣泡在水泥石中均勻分布的程度，即氣泡的間距大小和數(shù)量，而不是總的引氣量。

1.4 減水組分

水灰比直接影響混凝土的孔隙率及孔結(jié)構(gòu)。水灰比較小時(shí)，混凝土硬化后密實(shí)度高，存在于混凝土內(nèi)部的可凍游離水減少，抗凍性能提高。隨水灰比的增加，不僅飽和水的開孔總體積增加，而且平均孔徑也增加，在凍融過程中產(chǎn)生的凍脹壓力和滲透壓力就大，混凝土的抗凍性就會(huì)降低。防凍劑中的減水組分，可以減少拌和用水量，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。通過減水組分的分散作用，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，減輕凍脹壓力[5]。

2 防凍劑的復(fù)配注意事項(xiàng)

目前,混凝土生產(chǎn)企業(yè)多直接使用復(fù)配了防凍、早強(qiáng)、引氣、減水等組分的復(fù)合防凍劑，不僅可以減輕混凝土生產(chǎn)企業(yè)的勞動(dòng)力投入，同時(shí)也有利于防凍劑自身和混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量控制。防凍劑的復(fù)配雖然是將幾種組分混合，但是還是應(yīng)該從以下幾個(gè)方面加以關(guān)注:

抗戰(zhàn)中的文學(xué)是人民的文學(xué)。“文章下鄉(xiāng)，文章入伍”，在中國文學(xué)的歷史上，文學(xué)從來沒有像在抗戰(zhàn)中那樣，深入到街頭、田間和戰(zhàn)壕，深入到最廣大民眾的心頭。“文藝必須為普通老百姓所接受”，成為幾乎所有作家發(fā)自內(nèi)心的共同追求。在那如火如荼的年代，在國難深重的關(guān)頭，對(duì)作家們來說，文學(xué)“不可能是自我表現(xiàn)，不可能是唯美的追求，更不可能是消遣、娛樂以至追求名利的工具”，而是“射向敵人的子彈”，“是捧向人民的鮮花”。抗戰(zhàn)中作家們對(duì)文學(xué)的價(jià)值和功能的再認(rèn)識(shí)，對(duì)文學(xué)的人民性的體認(rèn)，對(duì)文學(xué)的民族化、大眾化所做的卓越探索，為中國文學(xué)的發(fā)展開辟了新的廣闊道路。

1）防凍劑復(fù)配過程中應(yīng)該注意所引入的水分量。若防凍劑中用水量高，有效組分低，則容易引起防凍劑自身結(jié)冰，所以應(yīng)優(yōu)先選用高濃度產(chǎn)品。

2）注意控制防凍、早強(qiáng)組分中部分無機(jī)鹽的用量。因?yàn)楹芏酂o機(jī)鹽既是防凍劑又是促凝劑，用量過多不僅影響復(fù)合防凍劑的減水率和混凝土的保坍性，而且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也有較大影響。

3）注意確定合適的無機(jī)鹽類防凍、早強(qiáng)組分，避免在低溫狀態(tài)下結(jié)晶沉淀，堵塞管路，影響混凝土生產(chǎn)。

4）使用有機(jī)物作為防凍組分時(shí),摻量不宜過大，否則會(huì)影響到混凝土的后期強(qiáng)度。

5）控制好防凍劑中的氯離子含量和堿含量，防止對(duì)混凝土的耐久性造成影響。

3 防凍劑對(duì)混凝土性能的影響

3.1 新拌混凝土工作性

多數(shù)防凍劑尤其是早強(qiáng)型防凍劑，會(huì)加速水泥熟料礦物的水化反應(yīng)速度而使得液相變黏稠，因此防凍劑的加入可以改善負(fù)溫條件下混凝土的泌水現(xiàn)象。早強(qiáng)型防凍劑會(huì)縮短混凝土的凝結(jié)時(shí)間，有利于混凝土在負(fù)溫條件下的凝結(jié)硬化，但是在長距離運(yùn)送的商品混凝土中應(yīng)該謹(jǐn)慎使用[7]。

3.2 強(qiáng)度

根據(jù)楊英姿等8人的研究，負(fù)溫環(huán)境下，受凍對(duì)砂漿、水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)所造成的損傷小，但是對(duì)混凝土?xí)斐苫炷恋那捌趶?qiáng)度和后期強(qiáng)度，這主要是因?yàn)樾掳杌炷脸尚蜁r(shí)，由于振搗混凝土中的部分水集中在粗骨料的底部形成水囊，如圖1。當(dāng)新拌混凝土受凍時(shí)，由于水的相變產(chǎn)生膨脹，造成粗骨料與水泥砂漿的“脫黏”，即使轉(zhuǎn)入常溫后也不能很好地愈合，強(qiáng)度呈現(xiàn)較大的損失[9]。當(dāng)摻入防凍劑后,由于減水(減小水灰比，即減小了水膜層的厚度)、引氣(緩解凍脹應(yīng)力)、早強(qiáng)(促進(jìn)早期結(jié)構(gòu)形成)、防凍(降低液相冰點(diǎn))等綜合作用，使負(fù)溫下混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞大大降低，故在負(fù)溫及負(fù)溫轉(zhuǎn)常溫條件下，摻防凍劑的混凝土強(qiáng)度均顯著高于基準(zhǔn)混凝土。由此可見，防凍劑的重要作用在于改善了負(fù)溫混凝土的界面過渡區(qū)。

圖1 新拌混凝土水分分布示意圖

4 防凍劑的使用注意事項(xiàng)

混凝土所使用的防凍劑應(yīng)該根據(jù)具體的溫度波動(dòng)情況及時(shí)地調(diào)整防凍劑的摻量，保證防凍劑的防凍和早強(qiáng)效果。防凍劑的摻量應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)，因?yàn)榉纼鰟┲胁糠址纼龊驮鐝?qiáng)組分直接參與到水泥的水化過程，若是防凍劑用量過多會(huì)影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。因此，若是溫度過低超出防凍劑的應(yīng)用范圍后，還是應(yīng)該注意新澆筑混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)措施，避免對(duì)混凝土造成凍害。

5 總結(jié)

防凍劑中各組分會(huì)從不同角度改變混凝土的抗凍害性能，防凍劑的合理使用可以有效地減輕混凝土早期病害現(xiàn)象的發(fā)生，明顯提高冬季施工的施工速度和混凝土的早期強(qiáng)度，起到縮短工期、提高工程質(zhì)量的效果。

[1]馬國慶.混凝土的凍害及其機(jī)理[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2005, 18(z1):109～113.

[2]王曦東,董建忠,王利峰,趙建玲等.防凍劑對(duì)混凝土性能影響的研究現(xiàn)狀[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）,2013(12): 198～201.

[3]王淑敏.淺談混凝土防凍劑的原理及使用[J].西部探礦工程,2010(10):193～194.

[4]李文斌.關(guān)于混凝土防凍劑摻量和受凍臨界強(qiáng)度問題的探討[J].中國水運(yùn)（下半月）,2012(2):259～260.

[5]米艷杰.淺談冬季施工混凝土中防凍劑的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）,2011(4):273.

[6]胡慶斌.混凝土泵送劑及防凍劑的復(fù)配技術(shù)[J].商品質(zhì)量:建筑與發(fā)展,2011(8):213.

[7]李青.淺說冬期施工防凍劑對(duì)混凝土性能的影響[J].甘肅科技縱橫,2012(1):90～91.

[8]楊英姿,巴恒靜.負(fù)溫防凍劑混凝土的界面顯微結(jié)構(gòu)與性能[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)2007(8):1125～1130.

[9]ZHIGNIEW Rusin.Amechanismofexpansion of concrete aggregate due to frost action[J].CemConcr Res,1991,21: 614～624.