一種抗凍融混凝土的制備方法

鄧明超，臧軍，張文耀

（1. 江蘇名和集團有限公司，江蘇 鎮江 212028；2. 徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 221000）

一種抗凍融混凝土的制備方法

鄧明超1，臧軍2，張文耀1

（1. 江蘇名和集團有限公司，江蘇 鎮江 212028；2. 徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 221000）

本文研究了一種抗凍融混凝土的制備方法：利用陶砂浸泡、聚乙烯醇和水泥凈漿包裹，巧妙地將乙二醇置于硬化混凝土中且不影響水泥等膠凝材料的早期水化；利用乙二醇溶液冰點極低的特點，制備出抗凍等級超高的混凝土。與普通混凝土相比，其工作性能和力學性能略有降低，但抗凍等級大幅度提升，在 400 個凍融循環后，混凝土動彈性模量未見明顯降低。

混凝土；抗凍融；冰點

0 前言

隨著社會經濟的迅速發展，建筑物對混凝土的耐久性要求不斷提高。抗凍融性能是混凝土的一項重要耐久性指標。目前提高混凝土抗凍融性能的主要技術手段有兩點：一是通過在外加劑中加入一些鹽類來降低水的冰點，二是通過引氣來緩解水的固液相變所產生的冰脹應力。這兩種手段都有一定的局限性：鹽類對水的冰點降低幅度不大，一般只能維持在零下幾度不結冰；而引氣量過大時會降低混凝土的力學性能，引氣量不足往往達不到抗凍融效果，即使引氣量適度，其對冰脹應力的緩解也只能維持在一定限度之內[1-3]。

本文采取了一種全新的技術手段，首先將陶砂浸泡于乙二醇中，然后向陶砂的表面噴灑聚乙烯醇水溶液以在所述陶砂的表面包覆一層有機膜，接下來在陶砂的表面包覆一層水泥凈漿。這使得混凝土內部長期存在著冰點極低的乙二醇或/和丙三醇溶液，即使在溫度為-40℃的低溫環境中，混凝土內部也不會發生液體的液固相變，因此也就不會產生冰脹壓力，凍融循環對混凝土不會產生破壞性傷害。

1 原材料

（1）水泥：臺泥P·O42.5水泥，28d 強度為49.7MPa；

（2）礦粉：堅鵬礦粉，比表面積420m2/kg，需水量99%，28d活性指數105%；

（3）粉煤灰：鎮江諫壁Ⅱ級灰，45μm方孔篩篩余15%，燒失量1.8%，需水量比99%；

（4）細骨料：Ⅱ區中砂，細度模數2.7，含泥量1.4%；

（5）粗骨料：碎石，5～25mm連續級配；

（6）陶砂：頁巖質，筒壓強度3.3MPa；

（7）水：市政自來水；

（8）減水劑：鎮江特密斯PCA，減水率25%；

（9）乙二醇：分析純；

（10）聚乙烯醇水溶液：質量百分比濃度為4%，聚乙烯醇的醇解度為90%。

2 試驗方法

將頁巖質陶砂浸泡于分析純級的乙二醇中，待陶砂充分吸收乙二醇后，在陶砂表面噴灑質量百分比濃度為5%的聚乙烯醇溶液，使陶砂表面包覆一層有機膜，在膜形成后，再在陶砂表面包覆一層水灰比為0.3的水泥凈漿，待凈漿硬化后，將陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料，拌制出抗凍性能良好的混凝土。

測試方法參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學試驗方法》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的有關規定進行，測試的項目包括混凝土拌合物的工作性能、硬化混凝土的力學性能和抗凍融性能，對比低、中、高三個強度等級混凝土在采取措施前后的性能差異，具體混凝土配比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3 試驗結果及分析

3.1 混凝土工作性能的變化

按照表1指定的配合比分別拌制C15/C30/C50三種強度等級的混凝土，隨后用處理后陶砂以質量比10%的比例替代細骨料，參照 GB /T 50080—2002 《普通混凝土拌合物性能試驗方法》測試混凝土的坍落度和坍落度經時損失，結果如表2所示。

表2 混凝土拌合物工作性能比較

由表2 可知，將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料后，與基準混凝土相比，混凝土拌合物的工作性能基本相當或略有降低。這是由于陶砂表面有干燥的水泥凈漿吸水性高于普通細集料表面所致。

3.2 混凝土力學性能的變化

按照表1指定的配合比分別拌制C15/C30/C50三種強度等級的混凝土，隨后用處理后陶砂以質量比10%的比例替代細骨料，參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學試驗方法》測試混凝土的7d、28d抗壓強度，結果如表3 所示。

表3 硬化混凝土力學性能比較

由表3 可知，將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料后，與基準混凝土相比，硬化混凝土的7d和28d抗壓強度略低。隨著強度等級的提高，這種差異有縮小的趨勢。這是由于陶砂的本征強度低于天然骨料，摻雜后力學性能必然會有下降，而隨著強度等級的提高，水泥石對強度的決定作用凸顯，因而力學性能的差異有所縮小。

3.2 混凝土抗凍等級的變化

按照表1指定的配合比分別拌制C15/C30/C50三種強度等級的混凝土，隨后用處理后陶砂以質量比10%的比例替代細骨料，參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》測試混凝土的抗凍等級，結果如表4所示。

表4 硬化混凝土抗凍等級比較

由表4 可知，將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料后，混凝土的抗凍等級大幅度提升。在400個凍融循環后，各強度等級混凝土動彈性模量均未見明顯降低。

4 應用技術手段

乙二醇具有抑制水泥水化的作用，若在混凝土拌合階段加入，會使混凝土無法凝固或大幅度降低混凝土的力學性能，因而不能直接應用。本方法通過使用內部多孔的陶砂作為載體，將陶砂浸泡于乙二醇中，陶砂充分吸收乙二醇后，在陶砂表面噴灑聚乙烯醇溶液，使陶砂表面包覆一層有機膜，通過控制聚乙烯醇溶液的濃度和用量來控制膜的厚度，在膜形成后，再在陶砂表面包覆一層水泥凈漿，以增強陶砂表面的抗磨性能。將處理過的陶砂摻入到預拌混凝土中，在拌合過程中，乙二醇被聚乙烯醇膜封閉在陶砂內，不會對水泥的水化產生影響，隨著時間的推移，混凝土中的膠凝材料已充分水化，此時聚乙烯醇膜逐漸老化，陶砂中的乙二醇滲出，在混凝土內部形成了抗低溫的乙二醇溶液。而膜的厚度不一使得膜的老化速度存在著較長的時間梯度。可以維持混凝土內部長期的乙二醇溶液的濃度，使得混凝土的抗凍等級長期穩定在一個較高的水平。

采用表面包裹的方法巧妙地避免了乙二醇的負面作用，使得配制超高抗凍等級混凝土成為可能。

5 結論

（1）將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料后，與基準混凝土相比，混凝土拌合物的工作性能基本相當或略有降低。

（2）將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料后，與基準混凝土相比，硬化混凝土的7d和28d抗壓強度略低。隨著強度等級的提高，這種差異有縮小的趨勢。

（3）將處理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的細骨料后，混凝土的抗凍等級大幅度提升。在400個凍融循環后，各強度等級混凝土動彈性模量均未見明顯降低。

[1] 李文偉，陳文耀，劉文彥，等．混凝土芯樣抗凍性試驗研究[A]．楊彥克，陳改新主編．混凝土工程耐久性研究和應用[C]．成都：西南交通大學出版社，2006: 183-187．

[2] 劉艷霞，陳改新，魯一暉．高頻振搗對混凝土含氣量、抗凍性和氣泡參數的影響[J]．水力發電學報，2009(6): 106-111.

[3] Lianxiang Du, Kevin J .Folliard.Mechanisms of Air Entrainment in Concrete [J].Cement and Concrete Research, 2005, 35: 1463-1471.

［通訊地址］江蘇省鎮江市金潤大道 87 號（212028）

鄧明超（1981—），男，工程師，從事水泥基建筑材料的生產與研究。