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混凝土防冻剂的原理及使用
发布时间：
2023-01-04 16:17
混凝土防冻剂的原理及使用
来源：沈阳盛鑫源建材 更新时间：2015-10-28
当环境温度降到0℃左右时，商品混凝土施工要采取一些特殊的技术措施，这是施工界的常识。如何针对冻害原因制订施工措施并不是一个简单的问题。下面试结合具体工作中的一些经验，并参考相关文献，提出几点看法。商品混凝土的冬施措施有很多，华北地区常用的是综合蓄热法，下面结合冻害原因重点探讨一下综合蓄热法的防冻机理。
一、抗冻临界强度：
1. 在冬季施工时，当商品混凝土强度达到某一界限值时，由于结构已初步形成，具备了抵抗冻胀破坏的能力，商品混凝土再受冻亦不会被冻坏，这一强度称做商品混凝土的抗冻临界强度。抗冻临界强度的提出是商品混凝土冬季施工理论的一个重大突破，也是制订商品混凝土冬施措施的重要依据。商品混凝土冬季施工的关键就是要使商品混凝土尽快达到抗冻临界强度。
2. 大量试验和实践表明，商品混凝土抗冻临界强度与水泥品种、水灰比、降温速率等多种因素有关，且素商品混凝土和掺防冻剂商品混凝土的抗冻临界强度亦不相同，其值可按规范确定。一般说来，掺防冻剂后商品混凝土的抗冻临界强度略低一些(相对空白)，这是因为商品混凝土掺防冻剂后其含水量减小、冰晶变的较为分散软弱且减弱了冻胀效果的缘故。
二、 防冻剂的防冻原理：
防冻剂是根据商品混凝土冻害机理，结合抗冻临界强度、最优成冰率、冰晶形态转化等理论，并总结长期冬季施工实践研制的，一般由四种成分组成，其作用分述如下：
1. 早强成份：强度后才能进行下一道工序的施工。在商品混凝土终凝初期应避免施工荷载对楼板产生较大的振动。主要作用是加速商品混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快商品混凝土硬化速度，克服负温、低温造成的强度增长缓慢现象。
2. 引气成份：在商品混凝土体内引入微米级的细小气泡(有益气泡)，其切割、封闭商品混凝土内的连通孔道(有害孔道) ，减轻冻胀时的裂纹扩展；引入的大量气泡起到膨胀"缓冲器"的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。在商品混凝土内引入气体3.5%，可消化6.6%的体积膨胀，在成龄阶段，可起到提高抗冻融能力、改善耐久性的作用。
3. 减水成份：其作用如下，
a) 减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量(但亦应保持一定含冰率)，消除冻胀内因。
b) 通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。
4. 防冻成份：多为一些有降低冰点作用的无机盐，作用可概括如下：掺防冻组份(以NaNO2，掺2%为例)的水溶液冰点约为-1.5℃，当温度降到-1.5℃时，孔隙内临近受冻侧的游离水开始结冰，冰体内无机盐部分析出，剩余游离水中盐的浓度变大(冰点进一步降低)；当温度继续下降(如降到-5℃)，又有临近受冻侧游离水部分结冰，剩余游离水浓度继续增大，持续这一过程，直到亚硝酸钠最低共溶点出现，孔内全部游离水结成冰。由此可见，防冻成分的作用是在连续降温过程中保持商品混凝土体内始终有一定的液相水存在(过冷水)，使水泥水化能持续进行(尽管此时水化速度已较常温大为减慢) 。
由此可见，防冻剂的防冻机理是综合性的，是多种效果的综合体现。世界上并不存在某种一掺就灵的防冻剂，"防冻"只是最终的效果，它是通过早强、引气、减水、防冻等因素共同作用而实现的。而且防冻剂的使用效果与工程的施工情况也有关系，所以说商品混凝土的冬季施工是一个典型的系统工程，必须通盘考虑。
三、防冻剂的正确使用：
1. 正确理解"使用温度"：
任何一种符合标准的防冻剂产品，都有一个明确的"使用温度"(如-15℃、-20℃)，说使用温度就是"允许商品混凝土施工的温度"并不错误，但应着重与商品混凝土抗冻临界强度联系起来理解，即在环境温度降到外加剂"使用温度"前，商品混凝土必须达到抗冻临界强度，这样商品混凝土才是安全的，否则商品混凝土有可能被冻坏。商品混凝土的使用温度越低，说明该防冻剂的防冻效果越好，商品混凝土越有更多的时间(含负温区)来增长强度，从而达到抗冻临界强度的可能性大大增加。
目前国内生产的商品混凝土防冻剂的使用温度多在-10℃～ -15℃之间(可适用于日最低-15℃～-20℃的情况)，温度再低，防冻剂配方设计难度越大，不确定因素也增加，从这个角度讲，多数情况下没有必要非得要求防冻剂的使用温度一定低于施工时的最低环境温度，关键是必须在温度降到防冻剂使用温度前就使商品混凝土达到抗冻临界强度。
2. 采取覆盖保温措施：
综合蓄热法的基本做法是覆盖加掺防冻剂，必要时对水和砂石料进行加热。覆盖的作用是使水泥水化热量和原材料加热热量留在商品混凝土内部的时间长一些，尽量延长水泥正温水化时间，这一点非常重要。保温做得越好，商品混凝土降到外加剂"使用温度" 的时间越长，越有时间达到抗冻临界强度。为达到这个效果，覆盖材料的种类和厚度应结合外加剂的使用温度、抗冻临界强度、环境温度等因素通过热工计算确定。
3. 搞好施工组织：
防冻剂的使用效果必须通过精确的计量，良好的搅拌、振捣来实现，搅拌延长30min是为了使外加剂更充分的混合，外加剂搅拌不匀甚至会引发事故。再者防冻剂有一个最佳搅拌时间和最佳振捣时间问题，过度会使其中的引气量减小，不足又会使其中的气泡分布不均甚至产生粗大劣质气泡，这些都会对防冻不利。此外，最大限度缩短运送距离，商砼站搭设保温棚，输送管外裹保温套，架子车覆盖保温被，工序衔接紧凑等措施都是为了提高商品混凝土的入模温度，延长正温养护时间，尽快达到抗冻临界强度。
4. 掌握防冻剂掺量：
防冻剂产品在使用时需根据实际情况及厂家建议掺量做掺量试配试验，确定防冻剂最终掺量后再投入使用。
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