防凍劑對高寒地區混凝土力學性能影響
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摘要：針對高原高寒地區混凝土施工期受凍害問題，提出采取室內試驗和現場驗證的方式，研究防凍劑對干硬性混凝土力學性能的影響。研究結果表明，防凍劑具有降低冰點、促進早期硬化的作用，有利于提高早期強度；摻防凍劑混凝土需要早期預養，否則會影響防凍劑效果。通過論證，摻防凍劑的現場混凝土強度滿足設計要求，且應用效果較好。
關鍵詞：高原高寒；防凍劑；干硬性混凝土；力學性能
〇前言
針對某工程地處高原高寒地區，全年中有5個月氣溫低于〇°C、有8個月氣溫低于5°C，冬季最低氣溫處于－15￣－20°C、最高氣溫處于10￣15°C，晝夜溫差大。混凝土施工期受凍融破壞是該工程亟需解決的關鍵問題，摻防凍劑是冬季施工保證混凝土質量的主要手段。普通混凝土受凍后，內部結構受到破壞，強度損失較大，但摻入防凍劑后，強度損失則變得很小。這一現象與防凍劑具有降低冰點、促進硬化、降低抗凍臨界強度（混凝土抵抗凍害的最小強度）的功能有關［1＿3］。換言之，由于防凍劑可降低混凝土中孔溶液的冰點，混凝土在負溫下也可以進行緩慢的水化，盡快形成混凝土孔結構，并具有一定的早期抗凍強度。如巴恒靜等［4＿5］研究表明，在－15°C下，摻入3％￣5％（占膠材用量，下同）的防凍劑可降低混凝土25％￣28％的抗凍臨界強度；對哈爾濱地區－3￣－26°C自然變負溫條件下，對摻與不摻防凍劑的混凝土性能進行了研究，結果表明，摻3％防凍劑混凝土各齡期強度比不摻防凍劑時提高20％以上。江守恒等［6］研究了摻與未摻防凍劑混凝土預養不同時間凍融后相對動彈模變化，結果表明，摻加防凍劑比未摻防凍劑的混凝土提前48h達到抗凍臨界強度。面對高原高寒地區低平均氣溫、高頻凍融、干燥的復雜自然環境和工期緊張的施工條件，針對用水量少、水膠比低（〇．38￣0．42）、維勃稠度4￣10s的干硬性混凝土，在摻加了防凍劑之后其最終性能能否滿足設計要求，值得進一步研究。
1試驗
1．1原材料
水泥：P042．5低堿水泥。水泥比表面積為325m2／kg，28d抗壓強度為50．2MPa，28d抗折強度8．5MPa0細骨料：機制砂，細度模數為3．0，屬中砂。粗骨料為花崗質初糜棱巖碎石，分為3種粒徑：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，獲得的合成級配符合MH5006—2015《民用機場水泥混凝土面層施工技術規范》［7］的粗骨料上下限要求。外加劑：高效減水劑、引氣劑、防凍劑。防凍劑混凝土R＿7抗壓強度比為39％，R＿7＋28抗壓強度比為109％，符合JC町5—2〇〇4《混凝土防凍劑》［8］的合格品要求。
1．2試驗內容
（1）直接受凍的負溫條件下，對比摻和不摻防凍劑砂漿早期強度，以考察防凍劑的早期強度防凍害效果。砂漿試驗需說明的是，砂漿模擬混凝土配合比按照同樣的膠材與砂比例進行配制。（2）室內試驗研究了防凍劑對混凝土力學性能的影響：對比測試了摻防凍劑混凝土在低溫和負溫條件下的早期強度，以考察防凍劑混凝土是否需要早期預養。對比測試防凍劑混凝土預養1d、2d的R＿7＋28d混凝土強度，以考察預養時間對防凍劑混凝土的影響。（3）室內模擬現場養護溫度，試驗測試了防凍劑混凝土力學性能。（4）基于上述室內研究成果，開展防凍劑混凝土性能的現場應用驗證。
2試驗結果與討論
2．1砂漿試驗
砂漿先在20°C養護6h，再按照表1的養護條件進行養護。砂漿配合比及強度結果見表1。與標準養護（20°C）相比，負溫在－5°C下，不摻防凍劑，砂漿抗壓強度降低了95％，沒有抗折強度；負溫在－5°C下，摻防凍劑后，砂漿抗壓強度降低了56％，抗折強度降低了68％。由此說明，直接受凍條件下，摻防凍劑是有效的，利于提高早期強度以防凍害；負溫對摻防凍劑砂漿抗折強度的影響比抗壓強度大。
2．2混凝土試驗
分別在負溫－5°C和低溫5°C的條件下養護混凝土，摻防凍劑的混凝土早期強度試驗結果見表2。低溫在5°C下，防凍劑摻量3％，其混凝土7d抗壓強度達到標準養護的90％、7d抗折強度達到標準養護的83％；負溫在－5°C下，即使防凍劑摻量增加至6％，其混凝土7d抗壓、抗折強度僅達到標準養護的一半。試驗結果表明，與低溫相比，在直接受凍的負溫條件下，盡管增加防凍劑摻量，早期強度的降低幅度仍較大。由此說明，摻防凍劑混凝土需要一定的早期預養，這樣才能更好地發揮防凍劑效果。預養1d、2d防凍劑混凝土強度試驗結果見表3，混凝土配合比同表2。試驗結果表明，與1d相比，負溫在－2°C下預養2d，混凝土抗折強度R＿7提尚了6％，R＿7＋28提尚了19％；負溫在－15°C下，混凝土抗折強度K＿7提尚了19％，R＿7＋28提尚了11％。可見，受凍之前預養時間越長，防凍劑混凝土強度越尚。從表3還可看出，要達到標準養護強度的90％，摻防凍劑混凝土需常溫預養2d。
2．3防凍劑的現場應用
6．0MPa，滿足設計強度5．0MPa要求。2．3．1現場混凝土配合比。2．3．2模擬現場養護的防凍劑混凝土抗折強度。防凍劑混凝土現場施工配合比見表4。從拌合根據現場溫度監測結果，澆筑3d內混凝土溫樓取樣16組混凝土，其混凝土抗折強度平均值為度為10￣24°C，棉被保溫期間5？10°C。為了模擬89現場混凝土溫度，室內20°C預養3d，再置于現場同條件保溫養護。摻防凍劑混凝土抗折強度試驗結果見表5。結果表明，與不摻防凍劑相比，摻防凍劑混凝土7d、28d抗折強度明顯提高；摻防凍劑的混凝土28d強度超過設計要求5．0MPa，而不摻防凍劑的不滿足設計強度要求。由此說明摻防凍劑是有效的；防凍劑摻量即使提高至6％，混凝土抗折強度卻沒有提高，可見防凍劑摻量3％即可。
3結論
（1）砂漿試驗結果表明，不預養、負溫受凍條件下，摻防凍劑是利于提高砂漿早期強度；負溫對防凍劑砂漿抗折強度影響比抗壓強度大。（2）混凝土試驗結果表明，摻防凍劑混凝土需要一定的早期預養，使受凍前混凝土具有一定的強度，只有這樣才能更好地發揮防凍劑效果。（3）現場應用表明，摻防凍劑的現場混凝土抗折強度滿足設計要求，應用效果較好。（4）現場澆筑結果表明：適宜摻量的防凍劑，可延長每天施工時間2h，延長冬季施工工期15d。該試驗結果適用于高寒地區、工期較緊的工程，可保證混凝土施工質量和施工進度。
參考文獻：
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［3］劉浪濤，邵式亮，許金余，等？混凝土防凍劑的研究進展［J］？材料導報，2015（13）：105－110．
［4］巴恒靜，張惠，趙亞丁．早期受凍對混凝土強度的影響［J］．低溫建筑技術，2005（6）：1－3．
［5］巴恒靜，楊英姿，馮奇．負溫混凝土抗凍性的研究［J］．建筑技術，2002（10）：734－735．
［6］江守恒，董淑慧，朱衛中，等．基于抗壓強度的負溫混凝土受凍臨界強度研究［J］？混凝土與水泥制品，2019（8）：8－10．
［7］中國民用航空局．民用機場水泥混凝土面層施工技術規范：MH5006—2015［S］？北京：中國民航出版社，2015．
［8］中華人民共和國國家發展和改革委員會？混凝土防凍劑：JC475—2004［S］．2004．
作者:鄧旭艷 茍萬康 丁慶 單位:中國電力建設集團有限公司西南指揮部 中國水利水電第七工程局有限公司 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司