混凝土防冻剂在水利工程中的运用
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1、工程概况
水磨河流域管理处在20__年，新修的玻璃钢夹沙输水管道（规格为DN500），最大输水能力为0.5立方米/秒，全长8.38公里。因资金到位迟的原因，工程在当年9月1日开工，次年5月4日竣工，通水工期为140天，该工程在施工中间遇到了很多困难（有2公里多管道全部要从河道内通过，因系统和地质等原因，该段全部进行了设计变更）工程量增加，工程总投资增加了三分之一，工期延长了25天，依工程结算设计变更前工程总投资节省三分之一，致使部分混凝土现浇和浆砌石都是在—10℃左右进行施工的，为了保证工程质量，根据有关规定全部使用了混凝土防冻剂。
工程施工进入11月份平均气温都在—10℃左右，这种寒冷的气候，对混凝土工程施工影响很大，工程监理部要求对各标段，按规定全部使用混凝土防冻剂，第二年春季经现场实地检查验收，凡是按规定比例使用了防冻剂的无论是混凝土还是浆砌石都达到设计标准，没按规定使用、少用防冻剂的混凝土和浆砌石都以程度不同的遇到冻割，全部进行了返工处理，从该项工程使用防冻剂的实际情况说明了防冻剂在水利工程中起到重要作用。
2、温度对混凝土性能的影响
混凝土的温度，决定于要本身储备的热能，由于混凝土温度与外界气温有差别，在混凝土与周围环境之间就会产生热交换，新拌混凝土热量变化情况，除了水泥的水化增加混凝土热量外，其余都属于混凝土与周围环境的热交换，当环境温度很低时，这种热交换会很快地降低混凝土的温度，对新搅拌混凝土而言，温度降低的快慢决定了水化程度的大小，换而言之，温度降低愈快强度的增长愈慢。当混凝土过早的受冻后，强度就不会再增长，尚在混凝土内部的游离水分也就愈高，结冰后的冻胀应力就愈大，混凝土就容易造成破坏，混凝土强度降低的原因，归纳起来有下列3个方面：
①水结冰后体积增加9，混凝土内游离水分愈多，冻胀应力就愈大，冻胀了的体积在解冻后不会缩回去，而是保留了下来。因此，新拌的混凝土受冻后孔隙度显著提。如果孔隙率增加至15。强度就会下降10。当冻胀应力大到了产生裂缝时，混凝土结构受到破坏，强度就不会在增加了。
②在骨料周围，有一层水膜或水泥浆膜，在受冻后，其粘结力受到严重损害，解冻后也不能恢复，曾做过实验，如果粘结力完全丧失，强度将降低13。
③在结冰与溶解过程中，会发生水份转移的现象，受冻时由于混凝土表面温度低，先结冰产生冻胀压力把水份挤向混凝土内部。溶解过程中外部先溶解内部应力大，又将水份向表面挤压，水份反向迁移，由于水份体积的反变化，使混凝土各组分的相对位置发生变化，这对强度还很低的新混凝土很容易造成结构性裂纹。
在混凝土浇筑后的最初几个小时是危险性最大的时刻，混凝土的耐久性，可能被一两次冻融循环新严重损坏。通过观察发现只要使新拌混凝土还温一定时间，让混凝土达到一定的强度，就可以不怕冻害，由此引出受冻害的临界强度这一概念。临界强度的概念定义为：新拌混凝土在受冻后再回复还温养护，强度可继续增长，并达到设计标号95以上时，新需要的初时强度。达到临界强度时的混凝土已有相当一部分拌合水固定到已经形成的水化物中，此时不但可冻结的水量较少，混凝土本身已具有了一定强度，产生了一定的抗冻能力。目前临界强度的概念已为许多国家接受，并且在规范中使用。
实际上混凝土的冬季施工最主要解决的是以下两个问题。
①是防止混凝土受冻。
②提高混凝土强度，特别是早期强度。
3、混凝土冬季施工的技术措施
通过工程施工实践。总结了不少有效的防冻经验，经常使用的用下列几种方法。
①材料预热法。把沙子及拌合水预先加热，再去搅拌合混凝土。骨料加热可以通蒸气，也可以用铁板炒热。但是加热水和沙子时，温度最高不得超过60℃，水温最高不得超过80℃。因为温度过高时水泥会产生假凝现象。这种做法主要是为水泥的水化作用保持一个比较高的初时条件。如果蓄热保温做的好，可使混凝土在浇筑后一段时间内温度保持在入模温度水平。试验证明当温度在—10℃，入模温度在15—20℃，只要蓄热保温做的好（如混凝土表面用岩棉被充分覆盖），使混凝土温度保持在15℃，那么C20混凝土48H也可以超过3.5MPa。一般当气温在0℃左右时，可以只加热水，而不用加热沙子。
②蓄热保温法。主要做法是用覆盖物来保持混凝土入模温度和由水化热产生的温度不致逸散，并避免受外界自然低温的侵袭。蓄热保温措施是现阶段混凝土冬季施工比不可少的有效方法，既简单易行，又成本低廉。
一般的覆盖材料为岩棉被、塑料膜等。水利工程可以考虑用草帘、草袋、锯末、稻壳等，主要要防止引起火灾。最好是用岩棉被或塑料膜，即保温又保水。因为冬季施工是禁止洒水养护的。
③掺防冻剂方法。在混凝土冬季施工的诸多方法中，采用外加剂是一种比较简单而经济的方法。近几年来已在冬季施工中广泛的采用。比之于电热法、蒸气法、暖栅法，远红外等加热法措施法，设备投资，能源消耗、设备维修都可省去。可节约冬季费用。防冻剂在混凝土中的主要作用如下：
a、提高早强度。
掺入防冻剂后可在规定的施工环境温度下，最大限度的提高早期强度。利用防冻剂中的早强。减少组分使混凝土早期强度尽快提高，当混凝土的强度达到或超过临界强度后，就会发生冻害。
、防止混凝土受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一是降低冰点的物质。它的主要作用是使混凝土中的水份在尽可能低的温度下结冰，防止因水份冻结而产生的冻胀应力破坏混凝土结构。它的另外一个作用是干扰冰晶的生长，使冰晶的生长发生变异，从而减少了冻胀应力。同时保持了一部分不结冰的水分，以保持水化反应的进行，保证了在负温度下混凝土强度的增长。
以上3种冬季施工的方法，可以单独使用，也可以同时使用两种或者两种以上的方法。经常使用的是有掺外加剂及综合蓄热法共同使用，掺用防冻剂后，表面再采取加盖岩棉被、塑料薄膜等方法。这种做法比单独使用防冻剂时的掺量可以少的多。目前这种方法，已被广泛采用。在气温比较低（—15℃）时施工，为防止一些不易保温养护的地段，可以采用掺外加剂与暖栅法结合的办法，使强度较快的增长。既保证混凝土的质量，又会加快工程的进度。
在冬季施工措施的选用方面，我们一般采用蓄热保温法或加热法，很少用防冻剂，最多使用一些早强剂、引气剂或者是在冷天施工的混凝土中采用早强水泥、高活性水泥。建筑行业在防冻剂的使用上则经验较多，在冬季以及一些常年的冻土地带都使用防冻剂来保证混凝土的冬季施工。我处在80年代的水利工程就使用各种早强剂、防冻剂，长期的实践使我们在防冻剂的品种、使用及研究方面都积累了比较丰富的经验。
总之，采取何种冬季施工措施应根据工程的要求以及综合的技术经济效果来考虑。用一种或多种方法都是可以的。