適用于-15℃環境下混凝土防凍泵送劑的開發研究

鄧其林

（江西科之杰新材料有限公司）

1 研究背景

隨著我國基礎建設的加快進行，施工部門要求加快速度以提高經濟效益，且我國將近13 個省區每年都有幾個月的低溫時期，越來越多的工程要求在負溫季節條件下施工，而混凝土在低、負溫條件下施工會導致一系列問題：如水泥水化慢，強度增長慢；因混凝土內部自由水結冰，體積增大，導致混凝土脹裂；混凝土解凍后內部不密實，導致混凝土抗壓強度低或無強度、耐久性差等。因此，研制出一種新型聚羧酸系防凍泵送劑，來改善負溫混凝土冬季施工中的工作性能、力學性能與耐久性能等問題，簡化負溫施工養護措施，提高施工效率，對保證我國負溫地區地區的工業與民用建筑、市政、橋梁、公共設施等工程質量將起到積極的作用。

2 實驗部分

2.1 主要原材料

所用的原材料如下：

⑴水泥：某品牌水泥P.O 42.5，各性能指標表1。

表1 水泥各性能指標

⑵砂：機制砂，性能指標如表2。

表2 砂各性能指標

⑶粉煤灰：II 級粉煤灰，性能指標如表3。

表3 粉煤灰各性能指標

⑷碎石：采用5～31.5mm 粒徑，各指標含量如表4。

表4 碎石各指標性能

⑸防凍劑：防凍劑A(甲醇，分析純)、防凍劑B(乙二醇，分析純)、防凍劑C(硝酸鈉，分析純)、防凍劑D(硝酸鈣，分析純)。

⑹減水劑：試驗采用某公司生產的母液A（含固量49.17%，保坍母液）、母液B（含固量49.22%，減水母液）。試驗用兩種母液與防凍劑配置成防凍泵送劑，配置減水劑過程保持母液用量一致，通過添加不同種類、不同用量防凍劑進行對比試驗。

⑺水：試驗采用自來水。

2.2 測試方法

按JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行試驗。

3 實驗結果與討論

3.1 防凍泵送劑防凍性能分析

3.1.1 單一組分防凍泵送劑防凍性能分析

在單噸防凍泵送劑中添加防凍組分，防凍組分添加量進行梯度配制，在-15℃環境下靜置72h，防凍泵送劑自身防凍性能如圖1 所示。

圖1 單一組分防凍劑配制的防凍泵送劑防凍性能測試

從圖1 可以看出：

⑴防凍劑A 添加量＜140kg/t 時，防凍泵送劑為固態；140kg/t≤防凍劑A 添加量＜180kg/t 時，防凍泵送劑為固液相間，防凍劑A 添加量≥180kg/t 時，為液態。

⑵防凍劑B 添加量＜220kg/t 時，防凍泵送劑為固態；防凍劑B 添加量≥220kg/t 時，為液態。

⑶防凍劑C 和防凍劑D 添加量不同用量時，防凍泵送劑均為固態。

⑷隨著防凍劑A 和防凍劑B 添加量升高，所配制的防凍泵送劑自身能夠在-15℃環境下不結冰；隨著防凍劑C 和防凍劑D 單獨添加量升高，所配制的防凍泵送劑自身不能夠在-15℃環境下確保不結冰；

3.1.2 復合組分防凍泵送劑防凍性能分析

因防凍劑A 和防凍劑B 所配制的防凍泵送劑自身能夠在-15℃環境下不結冰，且防凍劑A 存在易揮發特性，現選擇防凍劑B 分別與防凍劑C 和防凍劑D 在單噸防凍劑泵送劑中添加兩種防凍組分，防凍組分添加量進行梯度配制，在-15℃環境下靜置72h，防凍泵送劑自身防凍性能如圖2 所示。

圖2 復合組分防凍劑配制的防凍泵送劑防凍性能測試

從圖2 可以看出：隨著防凍劑C 和防凍劑D 添加量升高，復合所需的防凍劑B 用量降低即可達到所配制的防凍泵送劑自身能夠在-15℃環境下不結冰，且防凍劑B 的用量不低于50kg/t。

3.2 混凝土配合比

混凝土配合比如表5 所示。

表5 混凝土配合比 （kg/m3）

3.3 不同防凍劑對混凝土性能的影響

3.3.1 單一組分防凍泵送劑混凝土抗壓強度比分析

在單噸防凍泵送劑中添加防凍組分，選取在-15℃環境下靜置72h，防凍泵送劑自身未凍結樣品進行混凝土實驗，混凝土立方體抗壓強度如圖3、圖4 所示。

圖3 防凍劑A 配制防凍泵送劑混凝土抗壓強度

圖4 防凍劑B 配制防凍泵送劑混凝土抗壓強度

從圖3 和圖4 可以看出：所選取的未凍結添加防凍劑A 和防凍劑B 的樣品，R-7的抗壓強度比均偏低，或出現脫模碎裂情況，R-7強度未能符合JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》Ⅰ類指標的要求；R28 和R-7+28 能夠符合JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》Ⅰ類指標的要求。因此單獨添加所選取防凍劑不能夠滿足產品開發的要求。

3.3.2 復合組分防凍泵送劑混凝土抗壓強度比分析

選擇防凍劑B 分別與防凍劑C 和防凍劑D 在單噸防凍劑泵送劑中添加兩種防凍組分，防凍組分添加量進行梯度配制，在-15℃環境下靜置72h，對防凍泵送劑自身未凍結樣品進行混凝土實驗，混凝土立方體抗壓強度如圖5、圖6 所示。

圖6 防凍劑B 與防凍劑D復合配制防凍泵送劑混凝土抗壓強度

從圖5 和圖6 可以看出：

⑴所選取的未凍結添加防凍劑B 分別與防凍劑C和防凍劑D 復合的樣品，R-7的抗壓強度比隨著防凍劑C和防凍劑D 用量的升高而升高，且當防凍劑C 用量達到150kg/t 和防凍劑D 用量達到150kg/t 時，抗壓強度比能夠符合JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》Ⅰ類指標的要求。

⑵所選取的未凍結添加防凍劑B 分別與防凍劑C和防凍劑D 復合的樣品，R-7和R-7+28的抗壓強度比均能夠符合JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》Ⅰ類指標的要求。

⑶防凍劑B 和防凍劑C 復合防凍劑的抗壓強度比均優于防凍劑B 和防凍劑D 復合防凍劑的抗壓強度比。

4 結論

研究結論如下：

⑴防凍劑A 添加量≥180kg/t 時或防凍劑B 添加量≥220kg/t 時，能夠確保防凍泵送劑在-15℃環境下自身不凍結。單獨添加防凍劑C 和防凍劑D 時均不能確保防凍泵送劑在-15℃條件下自身不凍結。

⑵隨著防凍劑C 和防凍劑D 添加量升高，復合所需的防凍劑B 用量降低即可達到所配制的防凍泵送劑自身能夠在-15℃環境下不結冰，且防凍劑B 的用量≥50kg/t。

⑶單獨添加防凍劑A 和防凍劑B 配制的防凍泵送劑，R-7的抗壓強度比均不能滿足JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》Ⅰ類指標的要求，因此單獨添加方案不可行。

⑷防凍劑B 分別與防凍劑C 和防凍劑D 復合的樣品，R-7的抗壓強度比隨著防凍劑C 和防凍劑D 用量的升高而升高，且當防凍劑C 用量達到150kg/t 和防凍劑D 用量達到150 kg/t 時，抗壓強度比能夠符合JG/T377-2012《混凝土防凍泵送劑》Ⅰ類指標的要求。

⑸防凍劑B 和防凍劑C 復合防凍劑的抗壓強度比均優于防凍劑B 和防凍劑D 復合防凍劑的抗壓強度比。