防冻剂对高寒地区干硬性混凝土力学性能的影响

　　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.

　　《防冻剂对高寒地区干硬性混凝土力学性能的影响》来源：《水电站设计》，作者:邓旭艳苟万康丁庆

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