混凝土受凍機理和防凍劑的應用

李姿

河南工業職業技術學院建筑工程系（473009）

混凝土受凍機理和防凍劑的應用

李姿

河南工業職業技術學院建筑工程系（473009）

這里主要闡述了防凍劑的組分及其作用機理，提出了防凍劑的正確使用方法，對防止混凝土受凍具有一定的參考價值。

混凝土；防凍劑；作用機理；應用

0 引言

我國北方地區冬期施工很普遍，如不采取有效措施或措施不當,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,保證工程質量，節省能源和附加設施，降低冬期施工的工程造價。因此，了解混凝土凍害的機理和規律，熟悉混凝土防凍劑的作用機理及其使用方法，對保證工程質量、實現全年均衡施工具有十分重要的意義。

1 混凝土凍害機理分析

混凝土拌和物澆筑后之所以能逐漸凝結硬化，直至獲得最終強度，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外，還與外界溫度密切相關。當溫度升高時水化加快，強度增長加快，當溫度降低到0℃度時，存在于混凝土中的水有一部分結冰,導致水泥水化減慢，強度增長相應變慢。溫度繼續降低，當混凝土中的水完全變成冰時，水泥的水化基本停止，此時混凝土的強度也不會再增長。水變成冰后體積約增大9%，同時產生約2.5mPa的膨脹應力，這個應力往往大于混凝土內部形成的初始強度值，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生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料、鋼筋的黏結力。冰凌融化后，還會在混凝土內部形成各種空隙，降低混凝土的耐久性。

冬期施工當混凝土強度達到某一界限值時，由于結構已初步形成，具備了抵抗凍脹破壞的能力，混凝土再受凍亦不會被凍壞，這一強度稱做混凝土的抗凍臨界強度。抗凍臨界強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。混凝土冬期施工的關鍵就是要使混凝土盡快達到抗凍臨界強度。防凍劑的作用在于降低拌和物冰點，細化冰晶，混凝土在負溫下保持一定數量的液相水，使水泥緩慢水化，混凝土達到抗凍臨界強度。

2 防凍劑的組分及作用機理

防凍劑是根據混凝土凍害機理，結合抗凍臨界強度、最優成冰率、冰晶形態轉化等理論，總結長期冬期施工實踐研制的,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溫環境下不受凍害的化學物質。許多無機鹽和有機物都有防凍功能。大部分無機鹽水溶液（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、使混凝土在負溫下仍在進行水化的作用。在使用防凍劑時必須保持無機鹽足夠大的濃度，否則仍然會造成凍害。目前除了應用無機鹽作為防凍組分外，有機防凍組分（如有機醇類、三乙醇胺等）也開始大范圍使用。有機組分既能降低水的冰點，也能使冰的晶格構造嚴重變形,無法形成凍脹應力，從而破壞水化礦物構造使混凝土強度受損。

2）早強組分

早強組分主要作用是加速混凝土的凝結硬化，使之盡快達到抗凍臨界強度，增強混凝土抵御凍害的能力。更重要的是，早期的水化反應速度的加快，可使混凝土內大部分自由水變成不結冰的化合水，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，消除凍脹內因。減水成分可以釋放包裹水，消除劣質水泡，使粗大冰晶轉化為細小冰晶,優化水泥水化環境，減輕脹凍壓力。換句話說，減水就意味著提高強度，就是提高混凝土的抗凍能力，同時也提高了混凝土的密實度,較大降低了自由水對混凝土形成的凍害，細化了毛細孔隙，對降低液相冰點有促進作用。

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、穩定而封閉的極性微氣泡。這樣既可以切割、封閉混凝土內的連通孔道，減輕凍脹時的裂紋擴展，又可以起到膨脹“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應力，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，一般情況下應優先選用蓄熱法，如果經熱工計算蓄熱法不能達到要求時，要考慮摻加防凍劑。摻防凍劑經常與蓄熱法一起應用，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，加快混凝土強度的增加。摻防凍劑時會對混凝土的耐久性產生不同程度的影響，應該在滿足混凝土初期養護溫度可以達到受凍臨界強度的前提下，盡量減少外加劑的摻量。

還應考慮結構本身的要求，如氯鹽對鋼筋有銹蝕作用。在鋼筋混凝土工程和預應力混凝土工程中，可摻用無氯鹽的防凍劑。在高濕度、高溫度環境中使用的結構中，在與酸、堿等侵蝕性介質相接觸的結構中，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”。任何一種符合標準的防凍劑產品,都有一個明確的“使用溫度”，即在環境溫度降到“使用溫度”前混凝土必須達到抗凍臨界強度,否則混凝土有可能被凍壞。混凝土的“使用溫度”越低,說明該防凍劑防凍效果越好，混凝土越有更多的時間來增長強度，達到抗凍臨界強度的可能性就大大增加。

只有深入了解了混凝土的受凍機理和防凍劑的作用機理，才能使各類防凍劑得到高效正確的使用，才能加快施工進度，保證工程質量。

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表2 后期2 636m現澆一、二級擋墻線型質量缺陷統計表

現澆一、二級擋墻線型控制涉及到測量、班組管理、設備改良、施工工藝等專業技術知識，對技術管理人員綜合能力提出很高的要求，通過采取各項技術措施和施工工藝方法的改進，并嚴格要求施工人員及管理人員，使得現澆一、二級擋墻線型控制取得了較好的效果，確保了工程質量的優良，為以后工程質量管理提供一定的經驗參考。

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