鄧明超，臧軍，張文耀

（1. 江蘇名和集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2. 徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221000）

一種抗凍融混凝土的制備方法

鄧明超1，臧軍2，張文耀1

（1. 江蘇名和集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2. 徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221000）

本文研究了一種抗凍融混凝土的制備方法：利用陶砂浸泡、聚乙烯醇和水泥凈漿包裹，巧妙地將乙二醇置于硬化混凝土中且不影響水泥等膠凝材料的早期水化；利用乙二醇溶液冰點(diǎn)極低的特點(diǎn)，制備出抗凍等級(jí)超高的混凝土。與普通混凝土相比，其工作性能和力學(xué)性能略有降低，但抗凍等級(jí)大幅度提升，在 400 個(gè)凍融循環(huán)后，混凝土動(dòng)彈性模量未見(jiàn)明顯降低。

混凝土；抗凍融；冰點(diǎn)

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，建筑物對(duì)混凝土的耐久性要求不斷提高?？箖鋈谛阅苁腔炷恋囊豁?xiàng)重要耐久性指標(biāo)。目前提高混凝土抗凍融性能的主要技術(shù)手段有兩點(diǎn)：一是通過(guò)在外加劑中加入一些鹽類來(lái)降低水的冰點(diǎn)，二是通過(guò)引氣來(lái)緩解水的固液相變所產(chǎn)生的冰脹應(yīng)力。這兩種手段都有一定的局限性：鹽類對(duì)水的冰點(diǎn)降低幅度不大，一般只能維持在零下幾度不結(jié)冰；而引氣量過(guò)大時(shí)會(huì)降低混凝土的力學(xué)性能，引氣量不足往往達(dá)不到抗凍融效果，即使引氣量適度，其對(duì)冰脹應(yīng)力的緩解也只能維持在一定限度之內(nèi)[1-3]。

本文采取了一種全新的技術(shù)手段，首先將陶砂浸泡于乙二醇中，然后向陶砂的表面噴灑聚乙烯醇水溶液以在所述陶砂的表面包覆一層有機(jī)膜，接下來(lái)在陶砂的表面包覆一層水泥凈漿。這使得混凝土內(nèi)部長(zhǎng)期存在著冰點(diǎn)極低的乙二醇或/和丙三醇溶液，即使在溫度為-40℃的低溫環(huán)境中，混凝土內(nèi)部也不會(huì)發(fā)生液體的液固相變，因此也就不會(huì)產(chǎn)生冰脹壓力，凍融循環(huán)對(duì)混凝土不會(huì)產(chǎn)生破壞性傷害。

1 原材料

（1）水泥：臺(tái)泥P·O42.5水泥，28d 強(qiáng)度為49.7MPa；

（2）礦粉：堅(jiān)鵬礦粉，比表面積420m2/kg，需水量99%，28d活性指數(shù)105%；

（3）粉煤灰：鎮(zhèn)江諫壁Ⅱ級(jí)灰，45μm方孔篩篩余15%，燒失量1.8%，需水量比99%；

（4）細(xì)骨料：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.4%；

（5）粗骨料：碎石，5～25mm連續(xù)級(jí)配；

（6）陶砂：頁(yè)巖質(zhì)，筒壓強(qiáng)度3.3MPa；

（7）水：市政自來(lái)水；

（8）減水劑：鎮(zhèn)江特密斯PCA，減水率25%；

（9）乙二醇：分析純；

（10）聚乙烯醇水溶液：質(zhì)量百分比濃度為4%，聚乙烯醇的醇解度為90%。

2 試驗(yàn)方法

將頁(yè)巖質(zhì)陶砂浸泡于分析純級(jí)的乙二醇中，待陶砂充分吸收乙二醇后，在陶砂表面噴灑質(zhì)量百分比濃度為5%的聚乙烯醇溶液，使陶砂表面包覆一層有機(jī)膜，在膜形成后，再在陶砂表面包覆一層水灰比為0.3的水泥凈漿，待凈漿硬化后，將陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料，拌制出抗凍性能良好的混凝土。

測(cè)試方法參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試的項(xiàng)目包括混凝土拌合物的工作性能、硬化混凝土的力學(xué)性能和抗凍融性能，對(duì)比低、中、高三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土在采取措施前后的性能差異，具體混凝土配比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 混凝土工作性能的變化

按照表1指定的配合比分別拌制C15/C30/C50三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，隨后用處理后陶砂以質(zhì)量比10%的比例替代細(xì)骨料，參照 GB /T 50080—2002 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》測(cè)試混凝土的坍落度和坍落度經(jīng)時(shí)損失，結(jié)果如表2所示。

表2 混凝土拌合物工作性能比較

由表2 可知，將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料后，與基準(zhǔn)混凝土相比，混凝土拌合物的工作性能基本相當(dāng)或略有降低。這是由于陶砂表面有干燥的水泥凈漿吸水性高于普通細(xì)集料表面所致。

3.2 混凝土力學(xué)性能的變化

按照表1指定的配合比分別拌制C15/C30/C50三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，隨后用處理后陶砂以質(zhì)量比10%的比例替代細(xì)骨料，參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》測(cè)試混凝土的7d、28d抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表3 所示。

表3 硬化混凝土力學(xué)性能比較

由表3 可知，將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料后，與基準(zhǔn)混凝土相比，硬化混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度略低。隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，這種差異有縮小的趨勢(shì)。這是由于陶砂的本征強(qiáng)度低于天然骨料，摻雜后力學(xué)性能必然會(huì)有下降，而隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，水泥石對(duì)強(qiáng)度的決定作用凸顯，因而力學(xué)性能的差異有所縮小。

3.2 混凝土抗凍等級(jí)的變化

按照表1指定的配合比分別拌制C15/C30/C50三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，隨后用處理后陶砂以質(zhì)量比10%的比例替代細(xì)骨料，參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試混凝土的抗凍等級(jí)，結(jié)果如表4所示。

表4 硬化混凝土抗凍等級(jí)比較

由表4 可知，將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料后，混凝土的抗凍等級(jí)大幅度提升。在400個(gè)凍融循環(huán)后，各強(qiáng)度等級(jí)混凝土動(dòng)彈性模量均未見(jiàn)明顯降低。

4 應(yīng)用技術(shù)手段

乙二醇具有抑制水泥水化的作用，若在混凝土拌合階段加入，會(huì)使混凝土無(wú)法凝固或大幅度降低混凝土的力學(xué)性能，因而不能直接應(yīng)用。本方法通過(guò)使用內(nèi)部多孔的陶砂作為載體，將陶砂浸泡于乙二醇中，陶砂充分吸收乙二醇后，在陶砂表面噴灑聚乙烯醇溶液，使陶砂表面包覆一層有機(jī)膜，通過(guò)控制聚乙烯醇溶液的濃度和用量來(lái)控制膜的厚度，在膜形成后，再在陶砂表面包覆一層水泥凈漿，以增強(qiáng)陶砂表面的抗磨性能。將處理過(guò)的陶砂摻入到預(yù)拌混凝土中，在拌合過(guò)程中，乙二醇被聚乙烯醇膜封閉在陶砂內(nèi)，不會(huì)對(duì)水泥的水化產(chǎn)生影響，隨著時(shí)間的推移，混凝土中的膠凝材料已充分水化，此時(shí)聚乙烯醇膜逐漸老化，陶砂中的乙二醇滲出，在混凝土內(nèi)部形成了抗低溫的乙二醇溶液。而膜的厚度不一使得膜的老化速度存在著較長(zhǎng)的時(shí)間梯度?？梢跃S持混凝土內(nèi)部長(zhǎng)期的乙二醇溶液的濃度，使得混凝土的抗凍等級(jí)長(zhǎng)期穩(wěn)定在一個(gè)較高的水平。

采用表面包裹的方法巧妙地避免了乙二醇的負(fù)面作用，使得配制超高抗凍等級(jí)混凝土成為可能。

5 結(jié)論

（1）將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料后，與基準(zhǔn)混凝土相比，混凝土拌合物的工作性能基本相當(dāng)或略有降低。

（2）將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料后，與基準(zhǔn)混凝土相比，硬化混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度略低。隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，這種差異有縮小的趨勢(shì)。

（3）將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細(xì)骨料后，混凝土的抗凍等級(jí)大幅度提升。在400個(gè)凍融循環(huán)后，各強(qiáng)度等級(jí)混凝土動(dòng)彈性模量均未見(jiàn)明顯降低。

[1] 李文偉，陳文耀，劉文彥，等．混凝土芯樣抗凍性試驗(yàn)研究[A]．楊彥克，陳改新主編．混凝土工程耐久性研究和應(yīng)用[C]．成都：西南交通大學(xué)出版社，2006: 183-187．

[2] 劉艷霞，陳改新，魯一暉．高頻振搗對(duì)混凝土含氣量、抗凍性和氣泡參數(shù)的影響[J]．水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009(6): 106-111.

[3] Lianxiang Du, Kevin J .Folliard.Mechanisms of Air Entrainment in Concrete [J].Cement and Concrete Research, 2005, 35: 1463-1471.

［通訊地址］江蘇省鎮(zhèn)江市金潤(rùn)大道 87 號(hào)（212028）

鄧明超（1981—），男，工程師，從事水泥基建筑材料的生產(chǎn)與研究。