混凝土防凍劑的選用及適用範圍

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    混凝土拌合物從澆築、密實到凝結、硬化,直至獲得設計所需要的強度,始終伴隨著水泥的水化反應過程。水泥發生水化作用的充分條件,是水泥顆粒中的活性礦物成分、水的存在,以及水與水泥顆粒相接觸。水泥水化作用的速率與水泥中的活性礦物成分、混凝土水灰比、漿體的溫度、外加劑種類等因素有關材料試驗證明,在0℃以上,混凝土中的漿體溫度升高,水泥水化作用加快,漿體強度也隨之提高;而溫度降低,水泥水化作用也將減弱,混凝土強度發展速率減慢。當漿體溫度降低到0℃及0℃以下時,存在於混凝土中的自由水開始部分結冰,逐漸由液相的水變為固相的冰。漿體中的水或者漿體硬化後毛細孔中的水結冰,直接後果是水結冰膨脹,很容易導致漿體脹裂。如果混凝土尚未建立初始強度,或混凝土初始強度較低時內部水分結冰,水泥水化作用基本停止,強度不再增長,而結冰引起的冰脹應力更容易破壞混凝土在我國的嚴寒地區和寒冷地區,冬季的氣溫都在-5℃以下,低溫對混凝土的施工十分不利。需要注意的問題是,在這些地區的混凝土的破壞多數與凍融作用有關,混凝土在凍融循環作用下產生破壞,是關係到建築物的使用壽命、工程質量、安全等方麵的重大問題。凍融破壞嚴重影響建築物的正常運行,必須充分認識它的嚴重性,了解其破壞的原因,采取正確的設計、施工和管理措施,以減輕凍融破壞對建築物的影響。
 
混凝土防凍劑的選用及適用範圍
    我國的嚴寒和寒冷地區有較長的寒冷季節。由於受施工工期的製約,許多工程的混凝土冬季施工是不可避免的。國內外對混凝土冬季施工理論和方法的探索研究認為,當環境溫度降低到4℃時,隻要采用適當的施工方法,避免新澆築的混凝土早期受凍,也會取得在常溫下施工時的效果。在嚴寒和寒冷地區的混凝土配合比設計時,既要考慮到混凝土在低溫情況下的施工,又要兼顧到混凝土今後可能遇到凍融循環破壞問題。
防止混凝土凍害的措施
針對混凝土低溫情況下的施工和抵抗澆築後的抗凍性問題,主要應解決3個方麵的難題:
①如何確定混凝土最短的養護齡期?
②如何防止混凝土的早期凍害?
③如何保證混凝土後期強度和耐久性滿足要求?在混凝土的實際工程中,通常可采用以下具體措施。
 
1.正確選擇原材料
優化混凝土配合比,對於混凝土澆築時環境溫度在0℃左右的情況,隻要通過原材料的選擇和配合比調整就可以滿足要求。具體的做法如下。
①選擇早強效果好的水泥品種,加快混凝土3d內的早期強度發展。優先選擇早強型的水泥品種,如早強型矽酸鹽水泥、早強型普通矽酸鹽水泥,避免使用粉煤灰矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥或火山灰矽酸鹽水泥。
②適當增加水泥的用量,並盡可能降低水灰比。實際上相當於提高混凝土的強度設計等級,這樣既有利於混凝土早期強度發展,又能促使早期水泥水化熱的釋放和內部溫度的升高,抵抗外界的寒冷。
③摻加混凝土引氣劑,引入一定量微小氣泡。在保持混凝土配合比不變的情況下,加入引氣劑後形成微小氣泡,相應增加了水泥漿體的體積,提高拌合物的流動性,改善粘聚性及保水性,緩衝混凝土內水結冰所產生的凍脹應力,從而提高混凝土的抗凍性。另外,氣泡的存在還降低了混凝土的導熱係數,減少了混凝土內部熱量的散失。
④摻加早強型混凝土外加劑。早強型混凝土外加劑,如早強劑和早強減水劑的摻入可以大幅度地加快混凝土早期強度的發展,從而提高混凝土的早期強度,避免早期受凍。
⑤選擇顆粒硬度高和縫隙少的集料,使其熱膨脹係數和周圍砂漿的膨脹係數相近。
 
2.實施有效的保溫措施
對於施工氣溫較低的情況,可以通過提高混凝土拌合物的入模溫度,來抵抗外界的寒冷入侵,加快混凝土早期強度的發展,等寒冷入侵至混凝土的內部時,混凝土拌合物已經凝結硬化,並建立初期溫度,可以抵抗冰結所產生的危害。通常可以采取如下措施。
①用熱水攪拌混凝土。將拌合水通入蒸汽或直接加熱至50~60℃,加入拌合料中進行攪拌,這樣可以提高混凝土拌合物的溫度,使其在常溫下強度正常增長。
②加熱粗集料和細集料。在集料堆中通入蒸汽,這樣不僅能消解集料中的冰磚並提高集料的溫度,更能提高混凝土拌合物的溫度。
③混凝土運輸車加裝保溫層。給混凝土運輸車加裝保溫層,可以有效地防止混凝土拌合物內熱量的散失,保證混凝土的入模溫度,加快混凝土的凝結、硬化和早期強度的發展。4實施可靠的保溫措施。混凝土拌合物入模後,要采取可靠措施對混凝土進行保溫,尤其是避免結構的角部與外露表麵受凍,並適當延長混凝土的養護齡期。
 
3.采取外部加熱法
    對於施工氣溫不低於-10℃,且混凝土澆築體不厚大的工程,可通過加熱混凝土構件周圍的空氣,將熱量傳給混凝土或直接對混凝土加熱,使混凝土處於正溫條件下,以便正常凝結和硬化。通常可以采取如下措施
①火爐加熱火爐加熱一般適用於較小的混凝土施工工地,方法簡單,便於操作,但熱效率不高,火爐中釋放出的二氧化碳易使新澆築混凝土表麵碳化,嚴重影響工程質量,在實際工程中已很少采用。
②蒸汽加熱用通入蒸汽的方法升高混凝土表麵環境溫度,使混凝土在濕熱條件下凝結硬化。該法容易控製,加熱溫度均勻,但需要專門的鍋爐設備,費用較高,且熱損失較大,勞動條件也不理想。
③通電加熱將鋼筋作為電極或將電熱器貼在混凝土表麵,將電能轉化為熱能,以提高混凝土的溫度。該法簡單方便,加熱效果好,熱損失較少,比較容易控製,但電能消耗量大。
④紅外線加熱以高溫電加熱器或氣體紅外線發生器,對混凝土進行密封輻射加熱。
 
4.摻加混凝土防凍劑
    混凝土遭受凍害最主要的原因是其內部水分結冰,如果借助大自然現象,降低混凝土內部水的冰點,使其在可能遭受凍害的低溫情況下不結冰,則水泥仍可發生水化反應,繼續產生凝膠體和強度。能使混凝土在低溫(負溫)下產生凝結硬化,並在規定養護條件下達到預期性能的外加劑稱為混凝土防凍劑。
    長期以來,尤其是俄羅斯、北歐等國家和地區以及我國的東北和西北地區,在混凝土防凍劑的研發和生產應用方麵,開展了卓有成效的工作,取得了豐富的實踐經驗。

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