淺談冬季施工混凝土中防凍劑的應(yīng)用

摘要：本文分析了混凝土受凍成因及防凍劑的抗凍機理，結(jié)合實例探討了混凝土防凍劑在冬期施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：混凝土防凍劑 冬季施工應(yīng)用

隨著外加劑應(yīng)用技術(shù)日益完善、規(guī)范，加之有早強、減水、引氣等多種功能的復(fù)合防凍劑在工程上的成功使用，使混凝土結(jié)構(gòu)工程在冬季負溫下連續(xù)澆筑成為現(xiàn)實。但由于搶工期和對負溫砼施工特點和技術(shù)要求的混凝土受凍等產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷也時有發(fā)生，給結(jié)構(gòu)安全使用或外觀質(zhì)量留下缺陷。因此掌握混凝土凍害的成因、在冬季施工中合理使用防凍劑尤為重要。

1 混凝土凍害成因

混凝土是一種多孔性材料，受凍害具有三個重要條件：溫度、水、混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔的空隙狀況，三者缺一構(gòu)不成危害。新澆混凝土中的水可分兩部分：一是吸附在組成材料顆粒表面和毛細管中的水，這部分水能使水泥顆粒起水化作用，稱為“水化水”；二是存在于組成材料顆粒空隙之間的水，稱為“游離水”，它只對混凝土澆筑時的和易性起作用，在某種意義上說，混凝土強度的增長取決于在一定溫度條件下水化水與水泥的水化作用及游離水的蒸發(fā)。因此，混凝土強度增長速度在濕度一定時就取決于溫度的變化。冬期砼施工時，氣溫低，水泥水化作用減弱，新澆混凝土強度增長明顯地延緩，當(dāng)氣溫降至0℃以下時，水泥水化作用基本停止，混凝土強度已停止增長。特別是氣溫降至混凝土冰點溫度（新澆混凝土冰點溫度為-0.3℃—-1.5℃）以下時，混凝土中游離水開始凍結(jié)，氣溫降至-4℃時，水化水開始凍結(jié)，水化作用停止，凍結(jié)后的水體積膨脹約8%-9%，在混凝土內(nèi)部形成強大的冰脹應(yīng)力，導(dǎo)致強度尚低的混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，同時降低了水泥與砂石和鋼筋間的粘結(jié)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度和耐久性降低，初期遭受凍結(jié)的砼，當(dāng)氣溫恢復(fù)到正溫后，即使正溫養(yǎng)護到一定的齡期，也不能達到其設(shè)計強度，這就是混凝土的早期凍害。

2 防凍劑的抗凍機理

砼中摻加的防凍劑（復(fù)合防凍劑）其主要功能是使砼內(nèi)的水泥在負溫下不斷進行水化反應(yīng)，使砼達到早期強度并在負溫下免遭凍害，其作用機理為：

2.1 防凍組分

在負溫養(yǎng)護期間，降低水的冰點，使砼內(nèi)保有液相，防止混凝土早期凍害的措施有兩類：一是改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；二是摻防凍劑，降低混凝土的冰點溫度，而復(fù)合型防凍劑就可以增強、降低冰點，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為砼中的水泥有較長時間進行水化反應(yīng)提供條件；

2.2 早強組分

在砼內(nèi)有液相存在的條件下，促使水泥盡快水化，使砼盡早達到臨界強度以防凍害；

2.3 減水組分

減水劑降低砼的單位用水量，以減少砼內(nèi)的游離水含量，還具有分散作用，使水泥成為更細小的、彼此分離的單個粒子，均勻地分布于水中，從而達到改善混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，降低混凝土中可凍水含量，并使凍晶粒度小且分散，以減輕冰的破壞作用；

2.4 引氣組分

使砼在攪拌過程中帶入空氣，形成很多封閉型微氣孔，以緩解冰的凍脹應(yīng)力破壞，提高混凝土的防早期凍害性能。

3 冬季施工砼防凍劑的應(yīng)用

3.1 冬季施工定義

根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)程》JGJ104-97規(guī)范規(guī)定，當(dāng)室外平均氣溫連續(xù)5天穩(wěn)定低于5℃即進入冬期施工。在混凝土中摻入防凍劑（復(fù)合防凍劑）與經(jīng)加熱的砼原材料一起攪拌而成的砼澆筑成型后，在裸露的砼表面做適當(dāng)?shù)谋馗采w，使砼在負溫養(yǎng)護期硬化，并在規(guī)定的時間內(nèi)達到一定強度。

3.2 防凍劑的選擇原則

3.2.1 摻量控制

防凍劑是氯鹽溶液配制而成，摻量過大會使鋼筋產(chǎn)生電化銹蝕，造成鐵銹膨脹，使混凝土產(chǎn)生裂縫，隨著時間的推移，裂縫會越來越大，最后使鋼筋周圍的混凝土保護層完全脫落，使鋼筋裸，危及結(jié)構(gòu)安全。例如鋼筋混凝土墩柱，冬季施工中由于摻入過量的防凍劑，又沒有加入相應(yīng)的阻銹劑，使受力主筋保護層脫落，經(jīng)過十余年的銹蝕過程，原直徑25mm的受力筋經(jīng)除銹僅剩下18mm。為避免或減輕氯鹽對鋼筋的銹蝕，在摻入防凍劑的同時摻入阻銹劑，目前常用的阻銹劑為亞硝酸鈉。相反摻量不足，會使混凝土早期受凍。所以防凍劑摻量必須與氣溫變化相適應(yīng)，按固定比例配制混凝土，才能收到預(yù)期效果。

3.2.2 正確選擇防凍劑

防凍劑需經(jīng)省級以上建設(shè)行政主管部門認可，目前防凍劑種類-5℃、-10℃、-15℃三種，規(guī)范JC475-2004《混凝土防凍劑》中規(guī)定，檢測合格的品種，可比規(guī)定溫度低5℃條件下使用。

3.3 防凍劑的應(yīng)用

3.3.1 使用防凍劑要注意摻加方法

摻防凍劑混凝土的原材料必須符合冬施要求。所用水泥應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號不應(yīng)低于425#，嚴(yán)禁使用高鋁水泥。對于防凍劑中含有不溶物或溶解度小的鹽類，必須以粉狀與水泥一起摻加。需配成溶液使用時，應(yīng)使充分溶解并攪拌均勻，并控制其濃度和每次加入量。如果采用復(fù)合型防凍劑時，要考慮它們的共溶性。若不共溶，應(yīng)分別配成溶液后，分別加入混凝土中。為加速溶解，可采用40～60℃的熱水配制成溶液后，分別加入混凝土中。以粉狀加入的防凍劑，如有受潮結(jié)塊，應(yīng)磨細通過0.63mm篩后方可使用。

3.3.2 防凍劑混凝土攪拌時間應(yīng)比不摻防凍劑的延長50%，從而保證防凍劑在混凝土中均勻分布使混凝土強度一致。盡量縮短運輸和澆灌時間。為了提高混凝土早期強度，混凝土入模溫度不得低于一5℃。冬期施工混凝土振搗應(yīng)用機械振搗，振搗時間比常溫時有所增加。

3.3.3 采用復(fù)合型防凍劑中有引氣劑混凝土應(yīng)采用負溫法養(yǎng)護，不能采用蒸汽養(yǎng)護。采用蒸汽養(yǎng)護不但降低它的強度，而且還降低它的耐久性?；炷翝补嗤旰螅⒓磳ν饴睹孢M行覆蓋，并不得澆水。初期養(yǎng)護溫度不得低于防凍劑的規(guī)定溫度。當(dāng)混凝土的溫度降到防凍劑規(guī)定溫度以下時，壓一組同條件試塊，依據(jù)規(guī)范JGJ104-97《建筑工程冬期施工規(guī)程》7.1.1.2規(guī)定，摻用防凍劑的混凝土，當(dāng)室外最低氣溫不低于-15℃時不得小于4.0MPa，當(dāng)室外最低氣溫不低于-30℃，不低于5.0MPa，否則必須采用保溫措施。

3.3.4 混凝土質(zhì)量控制方法

采用復(fù)合型防凍劑混凝土質(zhì)量控制方法是制作一定數(shù)量混凝土試塊進行強度試驗。其中一組試件是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件，其余為同條件養(yǎng)護試件，在達到臨界強度、拆模支撐前試壓，及同條件養(yǎng)護28天再標(biāo)養(yǎng)28天再進行試壓?？箖?、抗?jié)B所用試件，均應(yīng)同條件養(yǎng)護28天，再標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28天，進行試驗。

4 案例

根據(jù)工期安排，xxxx地下站主體工程進行了冬季施工，根據(jù)施工記錄工程控、底板C35混凝土，當(dāng)時室外溫度-15℃，混凝土入模溫度3.5℃，3天同條件養(yǎng)護試件強度8.2MPa，達到設(shè)計強度23.5%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件強度6.4MPa，達到設(shè)計強度18.3%；7天同條件養(yǎng)護試件強度14.5MPa，達到設(shè)計強度41.5%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件強度19.6MPa，達到設(shè)計強度56.0%；28天同條件養(yǎng)護試件強度38.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件強度42.2MPa，保證了施工質(zhì)量，保證了施工進度，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。