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防冻剂对高寒地区混凝土力学性能影响

分类：建筑工程论文发表 时间：2022-04-06 09:31 关注：(1)

  　针对高原高寒地区混凝土施工期受冻害问题，提出采取室内试验和现场验证的方式，研究防冻剂对干硬性混凝土力学性能的影响。研究结果表明，防冻剂具有降低冰点、促进早期硬化的作用，有利于提高早期强度；掺防冻剂混凝土需要早期预养，否则会影响防冻剂效果。通过论证，掺防冻剂的现场混凝土强度满足设计要求，且应用效果较好。

防冻剂对高寒地区混凝土力学性能影响

　　关键词：高原高寒；防冻剂；干硬性混凝土；力学性能

　　〇前言

　　针对某工程地处高原高寒地区，全年中有５个月气温低于〇°Ｃ、有８个月气温低于５°Ｃ，冬季最低气温处于－１５￣－２０°Ｃ、最高气温处于１０￣１５°Ｃ，昼夜温差大。混凝土施工期受冻融破坏是该工程亟需解决的关键问题，掺防冻剂是冬季施工保证混凝土质量的主要手段。普通混凝土受冻后，内部结构受到破坏，强度损失较大，但掺入防冻剂后，强度损失则变得很小。这一现象与防冻剂具有降低冰点、促进硬化、降低抗冻临界强度（混凝土抵抗冻害的最小强度）的功能有关［１＿３］。换言之，由于防冻剂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，尽快形成混凝土孔结构，并具有一定的早期抗冻强度。如巴恒静等［４＿５］研究表明，在－１５°Ｃ下，掺入３％￣５％（占胶材用量，下同）的防冻剂可降低混凝土２５％￣２８％的抗冻临界强度；对哈尔滨地区－３￣－２６°Ｃ自然变负温条件下，对掺与不掺防冻剂的混凝土性能进行了研究，结果表明，掺３％防冻剂混凝土各龄期强度比不掺防冻剂时提高２０％以上。江守恒等［６］研究了掺与未掺防冻剂混凝土预养不同时间冻融后相对动弹模变化，结果表明，掺加防冻剂比未掺防冻剂的混凝土提前４８ｈ达到抗冻临界强度。面对高原高寒地区低平均气温、高频冻融、干燥的复杂自然环境和工期紧张的施工条件，针对用水量少、水胶比低（〇．３８￣０．４２）、维勃稠度４￣１０ｓ的干硬性混凝土，在掺加了防冻剂之后其最终性能能否满足设计要求，值得进一步研究。

　　１试验

　　１．１原材料

　　水泥：Ｐ０４２．５低碱水泥。水泥比表面积为３２５ｍ２／ｋｇ，２８ｄ抗压强度为５０．２ＭＰａ，２８ｄ抗折强度８．５ＭＰａ０细骨料：机制砂，细度模数为３．０，属中砂。粗骨料为花岗质初糜棱岩碎石，分为３种粒径：小石（５．０￣１０．０ｍｍ）、中石（１０．０￣２０．０ｍｍ）和大石（１６．０￣３１．５ｍｍ）。小、中、大石按１：２：７比例混合，获得的合成级配符合ＭＨ５００６—２０１５《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》［７］的粗骨料上下限要求。外加剂：高效减水剂、引气剂、防冻剂。防冻剂混凝土Ｒ＿７抗压强度比为３９％，Ｒ＿７＋２８抗压强度比为１０９％，符合ＪＣ町５—２〇〇４《混凝土防冻剂》［８］的合格品要求。

　　１．２试验内容

　　（１）直接受冻的负温条件下，对比掺和不掺防冻剂砂浆早期强度，以考察防冻剂的早期强度防冻害效果。砂浆试验需说明的是，砂浆模拟混凝土配合比按照同样的胶材与砂比例进行配制。（２）室内试验研究了防冻剂对混凝土力学性能的影响：对比测试了掺防冻剂混凝土在低温和负温条件下的早期强度，以考察防冻剂混凝土是否需要早期预养。对比测试防冻剂混凝土预养１ｄ、２ｄ的Ｒ＿７＋２８ｄ混凝土强度，以考察预养时间对防冻剂混凝土的影响。（３）室内模拟现场养护温度，试验测试了防冻剂混凝土力学性能。（４）基于上述室内研究成果，开展防冻剂混凝土性能的现场应用验证。

　　２试验结果与讨论

　　２．１砂浆试验

　　砂浆先在２０°Ｃ养护６ｈ，再按照表１的养护条件进行养护。砂浆配合比及强度结果见表１。与标准养护（２０°Ｃ）相比，负温在－５°Ｃ下，不掺防冻剂，砂浆抗压强度降低了９５％，没有抗折强度；负温在－５°Ｃ下，掺防冻剂后，砂浆抗压强度降低了５６％，抗折强度降低了６８％。由此说明，直接受冻条件下，掺防冻剂是有效的，利于提高早期强度以防冻害；负温对掺防冻剂砂浆抗折强度的影响比抗压强度大。

　　２．２混凝土试验

　　分别在负温－５°Ｃ和低温５°Ｃ的条件下养护混凝土，掺防冻剂的混凝土早期强度试验结果见表２。低温在５°Ｃ下，防冻剂掺量３％，其混凝土７ｄ抗压强度达到标准养护的９０％、７ｄ抗折强度达到标准养护的８３％；负温在－５°Ｃ下，即使防冻剂掺量增加至６％，其混凝土７ｄ抗压、抗折强度仅达到标准养护的一半。试验结果表明，与低温相比，在直接受冻的负温条件下，尽管增加防冻剂掺量，早期强度的降低幅度仍较大。由此说明，掺防冻剂混凝土需要一定的早期预养，这样才能更好地发挥防冻剂效果。预养１ｄ、２ｄ防冻剂混凝土强度试验结果见表３，混凝土配合比同表２。试验结果表明，与１ｄ相比，负温在－２°Ｃ下预养２ｄ，混凝土抗折强度Ｒ＿７提尚了６％，Ｒ＿７＋２８提尚了１９％；负温在－１５°Ｃ下，混凝土抗折强度Ｋ＿７提尚了１９％，Ｒ＿７＋２８提尚了１１％。可见，受冻之前预养时间越长，防冻剂混凝土强度越尚。从表３还可看出，要达到标准养护强度的９０％，掺防冻剂混凝土需常温预养２ｄ。

　　２．３防冻剂的现场应用

　　６．０ＭＰａ，满足设计强度５．０ＭＰａ要求。２．３．１现场混凝土配合比。２．３．２模拟现场养护的防冻剂混凝土抗折强度。防冻剂混凝土现场施工配合比见表４。从拌合根据现场温度监测结果，浇筑３ｄ内混凝土温楼取样１６组混凝土，其混凝土抗折强度平均值为度为１０￣２４°Ｃ，棉被保温期间５？１０°Ｃ。为了模拟８９现场混凝土温度，室内２０°Ｃ预养３ｄ，再置于现场同条件保温养护。掺防冻剂混凝土抗折强度试验结果见表５。结果表明，与不掺防冻剂相比，掺防冻剂混凝土７ｄ、２８ｄ抗折强度明显提高；掺防冻剂的混凝土２８ｄ强度超过设计要求５．０ＭＰａ，而不掺防冻剂的不满足设计强度要求。由此说明掺防冻剂是有效的；防冻剂掺量即使提高至６％，混凝土抗折强度却没有提高，可见防冻剂掺量３％即可。

　　３结论

　　（１）砂浆试验结果表明，不预养、负温受冻条件下，掺防冻剂是利于提高砂浆早期强度；负温对防冻剂砂浆抗折强度影响比抗压强度大。（２）混凝土试验结果表明，掺防冻剂混凝土需要一定的早期预养，使受冻前混凝土具有一定的强度，只有这样才能更好地发挥防冻剂效果。（３）现场应用表明，掺防冻剂的现场混凝土抗折强度满足设计要求，应用效果较好。（４）现场浇筑结果表明：适宜掺量的防冻剂，可延长每天施工时间２ｈ，延长冬季施工工期１５ｄ。该试验结果适用于高寒地区、工期较紧的工程，可保证混凝土施工质量和施工进度。

　　参考文献：

　　［１］王曦东，董建忠，王利峰，等．防冻剂对混凝土性能影响的研究现状［ＪＬ公路交通科技（应用技术版），２０１３（１２）：１９８－２０１．

　　［２］王稷良，孙小彬，杨志峰．防冻组分对水泥混凝土性能的影响研究［ＪＬ硅酸盐通报，２０１４（１２）：３３３１－３３３７．

　　［３］刘浪涛，邵式亮，许金余，等？混凝土防冻剂的研究进展［Ｊ］？材料导报，２０１５（１３）：１０５－１１０．

　　［４］巴恒静，张惠，赵亚丁．早期受冻对混凝土强度的影响［Ｊ］．低温建筑技术，２００５（６）：１－３．

　　［５］巴恒静，杨英姿，冯奇．负温混凝土抗冻性的研究［Ｊ］．建筑技术，２００２（１０）：７３４－７３５．

　　［６］江守恒，董淑慧，朱卫中，等．基于抗压强度的负温混凝土受冻临界强度研究［Ｊ］？混凝土与水泥制品，２０１９（８）：８－１０．

　　［７］中国民用航空局．民用机场水泥混凝土面层施工技术规范：ＭＨ５００６—２０１５［Ｓ］？北京：中国民航出版社，２０１５．

　　［８］中华人民共和国国家发展和改革委员会？混凝土防冻剂：ＪＣ４７５—２００４［Ｓ］．２００４．

　　作者:邓旭艳 苟万康 丁庆

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