防凍劑在混凝土冬季施工中的應用分析

羅小怡

（西安市地下鐵道有限責任公司 陜西西安 710016）

防凍劑在混凝土冬季施工中的應用分析

羅小怡

（西安市地下鐵道有限責任公司 陜西西安 710016）

根據《建筑工程冬季施工規程》的規定，室外日平均氣溫連續5d穩定低于5℃即進入冬季施工。本文主要分析了冬季施工中混凝土早期凍害產生的原因，介紹了防凍劑的種類和作用機理，并簡要的闡述了防凍劑在使用過程中的注意事項，為混凝土工程在冬季低溫條件下的施工過程提供了參考。

防凍劑；混凝土；冬季施工；應用

混凝土是工程建設領域使用最為廣泛的建筑材料，無論是鐵路、公路還是水利、房建工程，它都處于極其重要的地位。我國幅員遼闊，氣候類型多樣，在北方地區冬季的施工過程中，混凝土容易受到早期凍害的影響，降低了工程的質量，而合理的使用防凍劑可以明顯減少此類現象的發生，為工程的安全質量提供了保障。

1 冬季施工對混凝土強度和耐久性造成的影響

低溫對混凝土的影響主要體現在混凝土澆筑的早期，過低的環境溫度使新澆混凝土內部的水分凍結，阻礙了拌和物的水化作用，影響了混凝土強度的發展，同時改變了混凝土內部的結構，大大降低了混凝土的耐久度和壽命，此現象被稱為混凝土的早期病害。

新澆筑的混凝土內部含有一定量的水分，其中一部分吸附在組成混凝土的材料顆粒表面以及毛細管中，能夠使水泥顆粒進行水化作用，稱為水化水，其余的部分則存在于組成混凝土的材料顆粒空隙之間，不與水泥發生反應的游離水。混凝土的強度在很大程度上取決于水泥水化作用進行的程度和混凝土內部游離水的蒸發，而水泥水化程度又與溫度有著直接的關系。當氣溫降低時，混凝土內部水泥的水化作用減慢，混凝土強度的增長速度也相應降低，一旦氣溫達到冰點以下，混凝土中的水分就會結冰，水泥的水化作用基本停止，混凝土的強度就會停止增長。同時在強度尚未達到施工要求的混凝土內部發生膨脹，形成冰晶，產生很大的凍脹應力，造成混凝土孔隙率提高，孔隙體積增大，甚至在混凝土內部產生細微的裂縫，降低了混凝土的強度和耐久度。而冰晶形成的過程中通常還伴隨有水分的轉移，冰晶周圍的水會向著冰晶移動，令冰晶的體積不斷擴大，導致混凝土受損進一步加劇。

新澆筑的混凝土的骨料周圍通常都包裹著一層水分，過低的溫度令水分凍結，在骨料與混凝土之間產生一層冰膜，降低了骨料與水泥之間的粘合力，這種現象一旦產生便很難恢復，從而令混凝土的強度受到永久性的損傷。同時，由于混凝土內部各成分之間的膨脹系數各不相同，造成混凝土各部分之間發生位移，使混凝土的結構產生裂紋，降低了混凝土的強度。

2 防凍劑的成分及作用原理

為了防止混凝土早期病害的發生，在冬季施工中，經常會在混凝土內加入防凍劑，防凍劑能使混凝土在負溫下硬化，并在規定的時間內達到預期的強度，其實質就是降低了混凝土內部水分的冰點，使混凝土內部水分在低溫狀態下依舊保持、或部分保持液態，保證了混凝土強度的發展，從而減輕低溫給混凝土帶來的損害。防凍劑中含有多種組分，主要組分為防凍組分，其它還有早強組分、減水組分、引氣組分等，在各組分的共同作用下，混凝土不僅在負溫條件下能夠硬化，而且最終能夠達到與常溫養護的混凝土相同的質量水平。

2.1 防凍組分

防凍組分是復合型防凍劑的主要成分，其主要作用是令混凝土在低溫狀態下，內部依舊保有一定比例的液態水，讓水泥的水化作用得以繼續進行，促使混凝土強度健康發展，保證其在低溫下免遭凍害。其作用原理可分為三類：①組分與水有著很低的共溶溫度，與水混合后可明顯降低水的冰點，保證混凝土內部的水泥在低溫下仍能發生水化作用，維持混凝土強度的增長速度，代表成分主要有氯化鈉、亞硝酸鈉等。②防凍組分不僅能夠減低水分的冰點，同時還可以改變水分結成冰晶后的晶格狀態，令其無法產生凍脹應力，防止了冰晶對混凝土結構造成的損害，代表成分主要包括甲醇、尿素等。③防凍組分在作用機理上與前兩者存在明顯的不同，它無法明顯降低水分的冰點，但卻能夠直接與水泥發生水化作用，明顯提高了混凝土強度增加的速度，此類防凍組分的代表成分主要有碳酸鉀、氯化鈣等。

2.2 早強組分

防凍劑中的早強組分雖不直接參與混凝土內部的化學反應，但卻在反應中起到了催化劑的作用，可以加快水泥的水化速度，縮短混凝土達到抗凍臨界強度的時間，在短期內迅速提升混凝土的抗凍能力。并且通過水化反應，混凝土內部的大部分游離水發生反應成為不會凍結的結合水，進一步減輕了混凝土的凍害。

2.3 減水組分

減水組分能夠減少單位體積混凝土拌和過程中水的用量，起到增強混凝土密實度、減少混凝土內部游離水的含量的作用，同時減水劑還能夠對水泥起到分散作用，將其細化為更小、更分散的顆粒，起到了改善混凝土內部孔隙結構的作用，進一步分散了混凝土中的水分，提高了水分中防凍劑的濃度，降低了可能產生的冰晶粒度，減輕了水分凍結時對混凝土產生的破壞作用。

2.4 引氣組分

混凝土屬于多孔性材料，其內部或多或少的存在有一定的孔隙，如果能夠合理的利用孔隙的作用，就可以明顯減輕低溫對混凝土產生的損害作用。如在混凝土拌合的過程中加入引氣劑，便能夠在混凝土內部增加大量微小的密封性氣泡，氣泡可以增加混凝土的潤滑性，并改善混凝土的內部結構，緩解水分在凍結為冰晶過程中產生的凍脹應力，從而達到提高混凝土抗凍能力的目的。

3 防凍劑的種類

目前常見的防凍劑根據其所含防凍組分的成分，可大體分為三種：氯鹽類防凍劑、氯鹽阻銹類防凍劑以及無氯鹽類防凍劑。

氯鹽類防凍劑的主要成分為氯化鈉和氯化鈣，并加入了一定比例的早強組分、減水組分和引氣組分，屬于復合型防凍劑，可以對混凝土起到很好的早強、減水及降低混凝土內部水分冰點的作用，但其成分會加速混凝土中鋼筋的銹蝕速度。而鋼筋銹蝕后體積會增大，使混凝土產生裂縫，裂縫的產生又進一步促進鋼筋的銹蝕，長此以往形成惡性循環，會嚴重的降低混凝土的強度和耐久度。因此氯鹽類防凍劑只適用于無鋼筋的混凝土工程。

氯鹽阻銹類防凍劑在氯鹽類防凍劑的基礎上，添加了具有阻銹功能的成分，有效的彌補了氯鹽類防凍劑促進鋼筋銹蝕的缺點，增加了自身的適用范圍，可廣泛的應用于鋼筋混凝土工程中。

無氯鹽類防凍劑是以硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽和尿素為主要成分的復合型防凍劑。此類防凍劑對鋼筋不產生銹蝕作用，但其成分中的硝酸鹽與亞硝酸鹽會對混凝土造成應力腐蝕，因此不能用在預應力混凝土工程當中。而使用尿素生產的防凍劑，由于堿性過高，致使混凝土內部氨不斷釋放到環境當中，對環境產生了污染，現在已經很少使用。

4 防凍劑在工程中的應用

以西安地區的建設工程為例，根據相關氣溫資料統計，西安每年的12月份到次年的2月份為寒冬季節，其中1月份最冷，月平均最低氣溫在-4℃左右，極端最低氣溫為-16～-20℃，所以每年的12月份西安地區基本進入了冬季施工階段。

在防凍劑的選擇上，氯鹽類防凍劑因為含有氯離子，會對鋼筋混凝土中鋼筋產生銹蝕作用，所以只能用于無鋼筋的素混凝土工程中，鋼筋混凝土工程一般摻加氯鹽阻銹類防凍劑或無氯鹽類防凍劑。防凍劑的摻量應根據不同的溫度變化進行調整，西安地區一般最低氣溫都在-5℃以內，相對于北方其它地區來說，溫度變化幅度不是很大，因此防凍劑的摻量3%就能滿足防凍要求，當然具體的產品要以檢驗報告為依據。我們曾經做過這樣的模擬試驗，把兩組摻加防凍劑和不摻防凍劑的混凝土試件放進-5℃的冷凍箱中養護7d，不摻防凍劑的混凝土試件強度增長幾乎為零（說明已經受凍），而摻加防凍劑的混凝土試件強度達到了設計強度的30%，已經遠遠超出了混凝土受凍的臨界強度。

在冬季混凝土施工過程中，宜優先選用流動性好、早期水化熱高的普通硅酸鹽水泥，嚴禁使用高鋁水泥，骨料內不得含有冰雪等冰凍物，凍砂塊必須打碎過篩后使用，嚴格控制水灰比，摻防凍劑的混凝土攪拌時間要比普通混凝土延長50%，混凝土的運輸車必須輔助一定的保溫措施，混凝土的入模溫度不得低于5℃，混凝土澆筑成型后立即用塑料和草袋覆蓋養護，加強新澆混凝土的保溫、保濕工作，嚴禁灑水養護。

在使用防凍劑之前，需要確認防凍劑的產品質量報告以及產品合格證，并且對防凍劑的質量進行檢測，保證所選防凍劑為質量合格產品。

5 總結

防凍劑的合理使用可以有效的減少冬季混凝土早期病害現象的發生，明顯提高冬季施工速度和混凝土的強度，保障了混凝土的強度和耐久度不受損害，起到了縮短工期，提高工程質量的效果。

[1]中華人民共和國建材行業標準.《混凝土防凍劑》（JC475-2004）.

[2]中華人民共和國建設部.《混凝土外加劑應用技術規范》（GB50119-2003）.

TU528.042

A

1004-7344（2016）10-0135-02

2016-2-18

羅小怡（1981-），女，工程師，本科，主要從事地鐵工程建設及施工管理工作。