防冻剂对混凝土性能影响的研究现状

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摘要：在负温条件下，混凝土防冻剂可以使混凝土硬化，从而满足设计的要求。混凝土防冻剂在冬季或者寒冷的地方，在混凝土结构施工过程中得到了广泛应用。本文将从防冻剂的不同组分和作用，以及各组分的机理方面入手，分析了防冻剂对混凝土性能方面的影响以及当下的应用。并且总结了防冻剂对混凝土性能影响的最近研究进展，从而对防冻剂的发展提供理论借鉴。

关键词：防冻剂；混凝土性能；研究现状

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

国家在《建筑工程冬期施工规程》CJGJ/T104-2011)中规定：要研究防冻剂对混凝土性能方面的影响，就必须结合当地气象资料。所谓的进入冬期施工就是指室外日平均气温连续5d稳定低于5℃。所以，根据这一规定，我们所在的东北地区在施工中经历冬期施工的频率是很高的。冬期施工时对于混凝土防冻剂的应用，防冻剂对混凝土性能影响到底有多大，这就要求相关的管理人员和施工人员在进行现场管理或者现场施工时，根据现场状况，施工进度等各方面综合考虑，具体问题具体分析。

一、防冻剂的作用机理

根据相关调查，测定了掺防冻剂水泥浆在-1oC温度下养护的化合水量得出以下结论：其一为掺防冻剂水泥浆确实发生水化反应，而不掺者则基本无水化反应，证实了防冻剂的有效作用；其二为不同液灰比的水泥比，具有不同的结合水量，显现出不同的水化速度。由相关数据显示，在某一负温度下，掺入防冻剂，会使新拌混凝土不完全冻结，即保持有液相。其液相的浓度只与温度有关，因而保持恒定，可用：式计算出。式中：L/C为液灰比；A为防冻剂掺量(g /100 g水泥)；凡与冰平衡的液相浓度(g/100 g水)。

液相水量的多少可用液灰比表示，用式和式可以计算出，对惰性防冻剂而言，其值相对恒定。液相的存在，使水泥可以水化，而水泥水化消耗水也不会使液相浓度增大，因而液灰比依然相对恒定。其原因是与液相平衡的冰融化，以保持液相浓度不变，融化量与水泥水化消耗的水量相同。因此，水泥水化有相对恒定液相水，可以不断进行，从而混凝土强度增加。水泥浆终凝后所形成的毛细孔，会使其内部液相冰点降低，故会增大液灰比；较粗的孔对液灰比无影响。活性防冻剂部分参加水泥的负温水化反应，残余量较少，根据以上公式可以得出液灰比相应减小。

二、防冻剂对混凝土性能的影响

（一）对新拌混凝土性能的影响

1.新拌混凝土工作性能。不同的防冻组分对混凝土工作性的影响不尽相同。亚硝酸钠对混凝土的早期塑化作用，混凝土坍落度有所提高。然而，亚硝酸钠提高了混凝土的碱度加速了C3A的溶解，从而生成更多的钙矾石，导致流动性下降；乙二醇作为一种非离子型表面活性剂，吸附在水泥颗粒表面，可以使水泥颗粒更好地在溶液中分散，同时也减缓了水泥颗粒扩散的速度，起到缓凝的作用，所以掺加乙二醇的混凝土初始坍落度有所提高，而30min坍落度损失大大降低，并随乙二醇掺量的增加，这种现象越来越显著；掺加硝酸钙的混凝土，其初始坍落度变化不明显，30min坍落度损失随掺量增加而明显增大。

2.混凝土凝结时间。防冻剂中的早强组分(如碳酸钾、氯化钙等)往往会缩短混凝土的凝结时间，有利于混凝土的硬化；但是有机类防冻剂(如乙二醇等)会造成混凝土凝结时间增长。如果把握不好凝结时间就有可能对施土造成不便，因此应合理的选用防冻剂或者通过不同组分的复合调节混凝土的凝结时间。

3.防冻组分对混凝土力学性能的影响。防冻剂都可以有效的减小负温混凝土的力学性能指标损失率。李中华等通过实验证明在负温条件下研究表明，掺防冻剂的负温混凝土力学性能明显优于不掺时负温混凝土的力学性能。如掺用乙二醇和减水剂复配的液体防冻剂，掺量为胶凝材料的2.5%时，混凝土早期强度能提高30%~40%，而后期强度增长20%左右。掺防冻剂的混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、静弹性模量等各项力学性能参数，较未掺防冻剂的混凝土都有所提高。这是因为防冻剂中的某些组分如亚硝酸钙可降低混凝土中孔溶液的冰点，混凝土在负温下也可以进行缓慢的水化。普通混凝土受冻时，内部结构受到破坏，强度损失较大，主要由于水的“宏观规模析冰”所致，但掺入防冻剂后，强度损失很小。这一现象主要是由于冰晶畸变所致，对结构破坏甚微。纯水冻结时，冰晶体呈板状结构，质地坚硬，但掺防冻剂后，使得大孔中的水的冰点降低了，改变冰晶形态，冰结构发生很大变化，呈锯片状、树枝状、羽绒状等层状结构，层间填充液相体，质地疏松，强度很低，使得冰冻时的膨胀力显著减小。例如，黑龙江省寒地建筑科学研究院在20世纪90年代初开展的防冻剂对负温下水的冰晶变形影响证明：在防冻剂的作用下，可实现大规模析冰变为微观细小状碎冰，从而说明防冻剂能够破坏冰晶的聚集作用并释放出部分不冻水。由于有液相的存在，在负温下仍能促进C-S-H网络结构。由此可见，防冻剂的加入可使混凝土的孔结构尽快形成，减少自由水量以及促使冰晶体缺陷异变，降低结冰膨胀破坏程度。另外防冻剂中的一些成份，如NaN03和NaCI等物质，与水泥中的C3A反应后，可以提高早期强度，同时改变孔结构中液相水的分子排列方式，扰乱冰晶形成的空间、环境、压力等，保持大部分过冷水不结冰，以提高水泥水化，因此掺防冻剂的混凝土的各项力学性能最好。

（二）对混凝土抗渗性能的影响

抗掺防冻剂混凝土比空白混凝土的抗渗性要好的多，而且其抗渗性随着防冻剂掺量的增加而提高，在掺入防冻剂后，防冻剂中引气组分严重破坏了混凝土内部大量的气泡、泌水的毛细管道，从而阻断了毛细血管与外界的通路，外界水分无法进来，大大的把混凝土的渗透性减小了。

（三）对混凝土碳化性能的影响

混凝土的抗碳化能力随着防冻剂掺量的增加而增强，各龄期值均低于空白混凝土。其随着碳化反应的进行的同时，混凝土微孔内的氢氧化钙受到消耗生成碳酸钙，经过水溶液后沉淀，微孔溶液的pH值因此降低。这时，空白混凝土的抗碳化能力减弱，其碳化深度增长较快，总之可以满足抗碳化能力的要求。而掺新型高效防冻剂混凝土由于防冻剂中含有防止冷凝碳化组分和提高pH值的组分。所以，一定程度上弥补了降低的那部分pH值，其抗碳化能力明显增强。

三、混凝土防冻剂的应用现状研究

在选择施工方法时，应保证混凝土尽快达到临界强度，避免遭受冻害。通常应优先选用蓄热法，利用对混凝土组成的砂、石、水等预加的热量和水泥的水化热，再加以适当的覆盖保温，使混凝土在正温下能够达到规范要求的允许临界温度。经常把掺防冻剂与蓄热法一起应用，充分利用混凝土的初始热量及水泥在水化过程中释放出来的热量，加快混凝土强度的增长。掺防冻剂时，掺入量会对混凝土的耐久性产生不同程度的影响。应该在满足混凝土初期养护温度可以达到受冻临界强度的前提下，保持防冻剂的掺量，不得超过最大限值的规定。掺用防冻剂首先应满足结构本身的要求。在预应力混凝土工程和钢筋混凝土工程中由于氯盐对钢筋有锈蚀作用受到使用限制，在钢筋混凝土工程和预应力混凝土工程中可掺用无氯盐的防冻剂。在高湿度、高温度环境中使用的结构，与酸、碱等侵蚀性介质相接触的结构，掺用氯盐阻锈类防冻剂。其掺量不得超出最大掺量限值的规定。防冻剂的选用还必须根据混凝土的使用温度来决定，不同的防冻剂出于经济方面考虑，适用的温度范围不同。在考虑这些因素时，必须保证混凝土必须达到抗冻临界强度，在环境温度降到外加剂使用温度前。根据混凝土的使用温度要求，一定要准确控制防冻剂的掺量。通常比较正规的防冻剂产品在配方设计时使用温度和掺量都是一一对应的，防冻剂的多数组分都有最佳掺量问题，适用范围狭窄，掺量与功效不是线性关系。

结束语

混凝土防冻外加剂在冬期施工中广泛应用。防冻剂的防冻机理是综合性的、是多种效果的综合体现。防冻剂在混凝土中的应用以及量的多少都是受到现实条件制约的，而且防冻剂的使用效果和工程的施工情况之间有着密切的关系，必须根据具体问题进行具体分析，防冻是最终的目的和效果。只有加强防冻剂对混凝土性能影响的全面了解和分析才能找出问题的症结所在，对症下药，从而合理、科学、有效的选用防冻剂，促进施工进度，保证整个工程的质量。

参考文献：

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