預(yù)拌混凝土的防凍與抗凍性能

0前言預(yù)拌混凝土的冬期施工，通常在預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)中摻加一定量的混凝土防凍劑，以使?jié)仓蟮幕炷撩馐茉缙趦龊Γ跍囟冗_(dá)到一定要求下，繼續(xù)增強(qiáng)強(qiáng)度，直至達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。在海岸沿線建設(shè)，混凝土的設(shè)計(jì)規(guī)定要求抗凍達(dá)到F50～F300，實(shí)際操作中，很多施工人員，甚至是預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)，分不清什么是預(yù)拌混凝土的防凍，什么是預(yù)拌混凝土的抗凍。本文主要對(duì)此給予說(shuō)明區(qū)分。1定義《建筑工程冬季施工規(guī)程》JGJ104規(guī)定，根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁庀筚Y料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5d溫度低于5℃即進(jìn)入冬期施工。進(jìn)入冬期施工就要使用防凍混凝土，日最低氣溫在-5℃以上時(shí)，可以在預(yù)拌混凝土中摻加早強(qiáng)劑，使?jié)仓蟮幕炷凛^快的增長(zhǎng)強(qiáng)度，以最短的時(shí)間達(dá)到受凍強(qiáng)度臨界值，使?jié)仓蟮幕炷撩馐軆龊?。日最低氣溫?5～-10℃時(shí)，需要摻加-5℃的混凝土防凍劑，可以在日最低氣溫-10℃以上時(shí)，使?jié)仓蟮幕炷撩馐軆龊Γ兆畹蜌鉁卦?10℃以下時(shí)需要摻加-10℃的混凝土防凍劑。混凝土防凍劑是一種能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期性能的外加劑?！镀胀ɑ炷灵L(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中第一則性能試驗(yàn)就是混凝土的抗凍性能，說(shuō)明抗凍性能是混凝土的一種長(zhǎng)期性能和耐久性能。2混凝土防凍的機(jī)理混凝土冬期施工的特點(diǎn)：混凝土凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，0～4℃的混凝土凝結(jié)時(shí)間比15℃時(shí)延長(zhǎng)3倍；溫度低到-0.3～0.5℃時(shí)，混凝土開(kāi)始凍結(jié)，凍結(jié)后水化反應(yīng)基本停止，在-10℃時(shí)，水泥水化完全停止，混凝土強(qiáng)度不再增長(zhǎng)?；炷林械乃謨鼋Y(jié)時(shí)體積膨脹9%左右，使硬化的混凝土結(jié)構(gòu)遭破壞，即發(fā)生凍害。冬期混凝土的防凍，實(shí)質(zhì)就是在自然負(fù)溫環(huán)境中要?jiǎng)?chuàng)造各種可能的養(yǎng)護(hù)條件，使混凝土拌合物免受凍害、硬化并增強(qiáng)。針對(duì)混凝土冬期施工的特點(diǎn)，混凝土凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，加入氯化鈣等類(lèi)混凝土防凍組分，直接與水泥發(fā)生水化反應(yīng)而加速混凝土凝結(jié)硬化，有利于混凝土強(qiáng)度發(fā)展；混凝土中的水凍結(jié)采取加入亞硝酸鈉等防凍組分降低水的冰點(diǎn)而使混凝土在負(fù)溫下仍在進(jìn)行水化的作用；混凝土中的水凍結(jié)體積膨脹，使混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，加入甲醇等防凍組分使冰的晶格構(gòu)造嚴(yán)重變形，因而無(wú)法形成凍脹應(yīng)力而破壞水化礦物構(gòu)造，即不使強(qiáng)度受損。3混凝土抗凍的機(jī)理混凝土建造的工程大多是永久性，因此必須研究在環(huán)境介質(zhì)的作用下，保持其強(qiáng)度的能力，亦即研究混凝土耐久性的問(wèn)題。如混凝土長(zhǎng)期處在水環(huán)境中，會(huì)造成不同程度的凍融破壞。凍融破壞的程度視混凝土毛細(xì)孔中含水率的大小來(lái)區(qū)分，若超過(guò)某一臨界值（91.7%），則結(jié)冰時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的冰脹應(yīng)力，同時(shí)次應(yīng)力的大小還取決于凍結(jié)速度及尚未結(jié)冰的水向周?chē)苋菁{水的空隙流動(dòng)的阻力（包括凝膠體的滲透性及水通路的長(zhǎng)短），結(jié)冰的水產(chǎn)生體積膨脹及過(guò)冷的水發(fā)生遷移引起各種應(yīng)力，使混凝土發(fā)生凍融破壞，混凝土遭受反復(fù)凍融，破壞作用不斷積累，遭受破壞的程度以?xún)鋈谘h(huán)次數(shù)評(píng)定。4提高防凍與抗凍性能的技術(shù)措施混凝土冬期施工，要保證混凝土不受凍害，可能采取四種方法，一是保持正溫養(yǎng)護(hù)條件；二是使混凝土盡快達(dá)到受凍前的臨界強(qiáng)度；三是使冰晶發(fā)生畸變，或者溶液受凍時(shí)體積膨脹盡量小，對(duì)混凝土不構(gòu)成凍脹應(yīng)力，結(jié)構(gòu)就不會(huì)破壞；四是在負(fù)溫下仍能存在液態(tài)水。冬期冷混凝土施工的主要方法是，原材料除水以外不加熱，以防凍劑為主，適當(dāng)覆蓋，使混凝土溫度降至冰點(diǎn)前達(dá)到臨界強(qiáng)度?；炷恋目箖鲂?，由凍融破壞的機(jī)理可知，混凝土的飽水程度對(duì)其凍融破壞有很大的影響。飽水程度低于某一臨界值，混凝土并不發(fā)生凍融破壞（見(jiàn)圖1），如果水泥石中含有大量細(xì)小氣孔，毛細(xì)孔水結(jié)冰時(shí)引起的膨脹壓力使多余的水很容易地滲流到周?chē)臍饪字?，?shí)際上就不存在臨界值，混凝土也就不再受凍融破壞，這也就是加氣混凝土改善混凝土抗凍性的機(jī)理。集料的孔隙率及其間的含水率也發(fā)生同樣的影響，特別是大尺寸的集料，凍結(jié)時(shí)，向外排出多余水分的通路長(zhǎng)，產(chǎn)生的壓力大，更容易造成破壞，混凝土的水灰比愈大，孔隙率愈大，可能填充的水分愈多，對(duì)抗凍不利（見(jiàn)圖2，虛線為不含引氣，實(shí)線含有引氣）。隨著混凝土齡期的增加，水泥不斷水化，可凍結(jié)水逐漸減少。同時(shí)水中溶解的鹽濃度增加，因此冰點(diǎn)也隨齡期而下降，抗凍性能得以提高（見(jiàn)圖3）。控制好合適的含氣量和氣孔的尺寸，在混凝土中引入均勻分布的氣孔對(duì)改善其抗凍性能有顯著的作用，甚至在良好的控制下達(dá)到如圖1所示的免受凍融破壞。5結(jié)束語(yǔ)大量的工程實(shí)踐證明，在寒冷的冬期施工，摻入早強(qiáng)防凍劑的混凝土，在不進(jìn)行保溫防護(hù)的情況下，混凝土能免遭凍害，而且混凝土強(qiáng)度能持續(xù)正常地發(fā)展，在達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度后，即使受到比規(guī)定溫度更