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第八章防冻剂8.1混凝土的冬季施工8.2防冻剂的组成及作用机理8.3防冻剂的生产与工程应用分区区别划分标准年平均气温最冷月平均气温最高月平均温度典型地区温和地区温和区15~193~824~30贵州、四川、桂北、闽北、浙北、江西、湖南、湖北、陕南、皖南温冷区12.5~15-3~324~30江苏、河南、皖中北、鲁中南、关中、山西、冀南寒冷地区寒冷区8~12.5-10~-3＜24河北、山东、山西、陕西、甘肃、宁夏、新疆等部分地区严寒区2~8-25~-10＜24冀北、晋北、陕北、宁夏、甘北、新疆、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁寒冷地区、温和地区划分参考表（℃）1.有关冬季施工起止时间的规定混凝土结构工程的施工应采取冬期施工措施，可以取第一个出现连续5天稳定低于5℃的初日作为冬期施工的起始日期。当气温回升时，取第一个连续5天稳定高于5℃的末日作为冬期施工的终止日期。初日和末日之间的日期即为混凝土冬期施工期。2.温度对混凝土性能的影响环境温度低，水泥的水化反应慢，影响混凝土强度的增长。试验得出：温度每降低1℃，水泥的水化作用降低约5％～7％，在1℃～0℃范围内水泥的水化活性剧烈地降低，水化作用缓慢。一般当温度低于0℃的某个范围时，游离水将开始结冰，温度达到-15℃左右时，游离水几乎全部冻结成冰，致使水泥的水化和硬化完全停止。当水转化为固态的冰时，其体积约增大9％，使混凝土产生内应力，在混凝土体内形成冰聚体引起局部结构破坏。新浇筑的混凝土过早遭受冻结将大大降低极限强度，强度损失率可能达到设计标号的50％，甚至引起整体结构破坏；混凝土达到临界强度后遭受冻结，混凝土的极限强度损失较小，也不会发生整体结构破坏。国家临界强度MPa瑞典2.5～4.5美国3.5丹麦3.5日本6芬兰4～8.5挪威4～8.5加拿大7～10.5瑞士14.5中国3.5各国规范规定的受冻临界强度防冻剂会使水溶液的冰点降低，其冰点的降低幅度与防冻剂的种类和掺量或溶液的浓度有关。决定效果因素：溶液的浓度，混凝土硬化过程经受的负温值。混凝土内掺入防冻剂的主要目的是使其在负温下保持足够的液相，使水泥的水化得以继续进行；转入正温后，混凝土强度能进一步增长，并达到或超过设计标号。3.混凝土冬期施工注意事项混凝土冬期施工要求正温浇筑、正温养护。对原材料的加热，以及混凝土的搅拌、运输、浇筑和养护应进行热工计算，并据此施工。（1）对材料和材料加热的要求①水泥：优先选用活性高、水化热量大的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥的强度不应低于42.5等级，水灰比不应大于0.6。水泥不得直接加热，使用前1～2天运入暖棚存放，暖棚温度宜在5℃以上。②水的比热是砂、石集料的5倍左右，所以冬期拌制混凝土时应优先采用加热水的方法。③集料提前清洗和贮备，做到集料清洁，无冻块和冰雪。集料贮备场地应地势较高不积水。④砂、石温度要符合热工计算需要温度。加热的方法可因地制宜，但以蒸汽加热法为好。⑤在设计加热设备时，必须先求出每天的最大用料量和要求达到的温度，根据原材料的初温和比热，求出需要的总热量。考虑加热过程中热量的损失。决定热源的种类、规模和数量。（2）搅拌混凝土不宜露天搅拌，应尽量搭设暖棚，优先选用大容量的搅拌机。搅拌前，用热水或蒸汽冲洗搅拌机。混凝土的拌和时间比常温规定时间延长50％。由于水泥和80℃左右的水拌和会发生骤凝现象，投料顺序是先将水和砂石投入拌和，然后加入水泥。若能保证热水不和水泥直接接触，水可以加热到100℃。（3）运输混凝土的运输时间和距离应保证混凝土不离析、不丧失塑性。主要措施为减少运输时间和距离；使用大容积的运输工具并加以适当保温等。（4）浇筑和养护浇筑前，清除模板和钢筋上的冻雪和污垢，尽量加快混凝土的浇筑速度。混凝土拌和物的出机温度不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。采用加热养护时，混凝土养护前的温度不得低于2℃。加热温度超过40℃时，由于温度高，在结构内部产生温度应力。在跨内适当的位置设置施工缝。无砂管保温养护蒸气养护8.2防冻剂的组成及作用机理防冻剂必须从防止冻害的发生及提高混凝土本身的抗冻性两个途径来解决。防冻剂可以分成两大类型：早强型和防冻型。我国气候及温度变化规律：长江以北到黄河以南，气温虽然可以降至5℃以下但基本上在0℃上，冬季施工只要加早强剂即可以保证质量了。黄河以北，气温会在0℃以下数个月，冬季施工需要防冻剂。华北西北地区，最低气温在-10℃以上的地区，使用早强型的防冻剂。东北地区内蒙新疆，冬季气温经常在-10℃以下，冬季施工的混凝土必须使用防冻性的防冻剂。8.1混凝土防冻剂1.早强型防冻剂最低气温不超过-10℃，日气温一般在0℃上下浮动，在气温最高的白天浇筑，混凝土内部温度就可以保持在0℃以上。不是在最高气温下浇筑，浇筑后用塑料薄膜及草袋等覆盖，混凝土内部温度也会高于气温。这种情况下混凝土会很快达到临界强度3.5MPa而不至于产生冻害。因此在最低温度高于-10℃时只需添加早强型防冻剂即可。目的是更快的达到临界强度。早强型防冻剂可以不必加入太多的防冻组分，尽量使防冻剂的掺量降低些，不但经济核算，降低掺量对混凝土的耐久性也是很有好处的。冬季大体积混凝土施工养护2.防冻型防冻剂日平均气温在-15℃以下的地区，混凝土浇筑后即使是入模温度较高，但由于混凝土内外温差较大，混凝土在简单覆盖的情况下还是会很快的降至0℃以下，防冻剂的作用是要保证混凝土在浇筑后能抵御一定限度负温环境。在此低温下混凝土内部仍然保持足够的液相，以使水泥水化作用继续进行，而不致被冻胀破坏。防冻组分是以降低液相中的冰点为目的的一些纯化学物质。为保持在规定的负温下仍然有足够的液相就必须保持防冻成分有一定掺量。这些物质在防冻剂中占有相当的比例，而这种比例随着所要求的规定温度不同而变化，负温越低掺量越大。3.复合型防冻剂的组分及作用机理根据混凝土产生冻害的原因分析，必须从提高混凝土本身的抗冻能力及防治冻害的发生两个途径来解决。（1）早强组分为了促进水泥水化作用，使混凝土尽快达到抵御冻害的能力，强度迅速增长，加速模板周转，缩短工期，早强组分是必不可少的，为了避免钢筋锈蚀，采取相应技术措施，使用少量的氯盐，确保对钢筋无促锈作用。常用的早强剂有硫酸钠，氯化钙，硝酸钙，亚硝酸钙，三乙醇胺等。防冻剂中的早强成分主要是是混凝土尽快达到或超过混凝土的受冻临界强度。（2）减水组分减水剂的作用就在于分散水泥和降低混凝土的水灰比。减少了绝对用水量，使毛细孔变细、减少、且分布均匀，提高了混凝土的密实性。实质上是减少了混凝土中可冻水的数量，即减少了受冻混凝上中的含冰率，相应也提高了混凝土防冻性能。另外防冻剂掺量是固定的，由于水灰比的减小，相对的提高了混凝土中减水剂水溶液的浓度，进一步降低了冰点，从而提高了混凝土防早期冻害能力。常用的减水剂有木钙，木萘，萘系高效减水剂及三聚氰胺，氨基磺酸盐等。（3）引气组分这种引气剂在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的激小气泡。这些气泡对混凝土主要有四种作用：(a)能减少混凝土的用水量，进一步降低水灰比；(b)引入的汽泡对混凝土内冰晶的膨胀力有一个缓冲和消弱作用，减轻冰晶膨胀力的破坏作用；(c)提高了混凝土的耐久性能；(d)小气泡起到阻断毛细孔作用，使毛细孔中的可冻结水减少。引气的组分可以使用引气型减水剂如木钙，木钠，蒽系减水剂等。也可以使用引气剂，如松香热聚物等。掺与不掺防冻剂水泥水化生成物电子显微镜照片（4）防冻组分主要功能是在负温条件下降低混凝土内游离水的冰点，减少混凝土内部水分的成冰率，使之有较多的液态水供水泥水化，更重要的是改变成冰结构，使冰晶变得疏松且成立体网状结构，因而对混凝土结构没有破坏作用。防冻组分一般掺量都比较大，考虑到对混凝土耐久性能的要求，应尽量减少K+和Na+的引入量，这也是防冻剂的突出特点。化合物冰点（-℃）当浓度为每100g水中溶有无水物质的克数为析出固溶物时24681015202530浓度（g/100g水）温度（-℃）NaCl1.22.43.54.86.09.312.716.012.130.121.2CaCl20.91.92.83.95.08.512.617.523.942.755.6K2CO30.61.32.02.53.25.07.39.811.656.536.5NaNO20.91.82.73.64.56.07.810.361.319.6Ca(NO3)20.61.31.92.53.44.85.87.49.178.628.0Na2CO30.61.22.06.32.1Na2SO40.61.24.01.2K2SO40.50.91.37.01.5FeSO40.30.50.70.91.11.814.81.8Al2(SO4)30.30.50.91.84.030.14.0CO(NH2)20.71.42.12.83.34.65.46.37.039.08.0几种无机化合物水溶液的冰点在负温下掺防冻剂混凝土中大部分水仍保持液相，混凝土强度在负温下依然在增长。在负温下混凝土的增长速度取决于水泥品种、防冻剂种类和负温温度。按混凝土强度增长的速率的次序如下排列：K2CO3CaCl2NaClNaNO2Ca(NO3)2只要保证混凝土在达到临界强度前不受早期冻结，掺防冻剂混凝土的强度在以后的正温下都能正常地继续增长。8.3防冻剂的生产与工程应用8.3.1防冻剂的生产复合型防冻剂在我国北方地区大量使用。粉状防冻剂的生产关键在于配方的选择与产品质量的均匀性。而液体产品必须考虑各组分之间在水溶液中的相容性。液态产品中不允许有沉淀、结晶、絮状物、粘稠度要适于管道输送。早强减水引气降低冰点缓凝冰晶干扰阻锈氯化钠+--+---氯化钙+--+---硫酸钠+--+---硫酸钙+---+--硝酸钠+--+--+硝酸钙+--+---亚硝酸钠---+--+亚硝酸钙---+--+碳酸盐+--+---三乙醇胺+-----+二乙醇+--+-++木钙-++-+--木钠+++----萘系减水剂++-----蒽系减水剂+++----氨基磺酸盐++--+--三聚氰胺++-----防冻剂常用成分作用表8.3.2冬季施工中防冻剂的选用冬施混凝土大致分为3大类：冷混凝土、负温混凝土和早强混凝土。冷混凝土是指除拌合水必须保持液态外，其他集料均不保温，浇筑后也不采取任何保温措施，主要依靠防冻组分保证一定的过冷液体在负温下缓慢的进行水化。这种混凝土需要掺大量无机盐类来降低冰点。在施工条件不具备采取其他措施时才使用。负温混凝土：混凝土在负温施工时，对砂、石、拌合水进行保温和热处理，在混凝土养护过程中要与保温防护、蓄热法等综合措施相结合。低温早强混凝土：在0℃左右的低温或不很低的负温下施工，只采取加热拌合水再辅以综合蓄热法使混凝土保持在正温下硬化、增强。冷混凝土和负温混凝土掺防冻剂的作用是降低拌合物种中液相的冰点，使水泥在负温下继续水化，因此采用防冻型的防冻剂，负温混凝土采用了加热原材料及蓄热保温养护使混凝土的初始温度始终高于外界最低温度，因此外加剂掺量比冷混凝土少。低温早强混凝土则只需加入早强型防冻剂即可。试验项目性能指标一等品合格品减水率,%,≥10—泌水率比,%,≤80100含气量,%,≥2.52.0凝结时间差(min)初凝-150～+150-210～+210终凝抗压强度,%,≥规定温度-5-10-15-5-10-15R-720121020108R28100959590R-7+28959085908580R-7+5610010028d收缩率比,%,≤135渗透高度比,%,≤10050次冻融强度损失率比,%,≤100对钢筋锈蚀作用应说明对钢筋有无锈蚀作用掺防冻剂混凝土性能