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混凝土防冻剂在冬期施工中的应用

    一、前言
  我国北方地区,冬季混凝土施工应用防冻剂的目的主要是为了防止混凝土的冻害,使浇注的混凝土能在负温下继续硬化,从而达到设计要求的强度。混凝土在冬季施工中采用负温法掺用防冻剂,与以往冬季施工中通常采用的加热方法相比,具有设备简单,投资少,节约能源,使用方便等优点。
  二、混凝土掺防冻剂的抗冻机理
  2.1 混凝土受冻成因及防冻剂抗冻原理
  (1) 混凝土是一种多孔性材料,受冻害具有三个重要条件:温度、水、混凝土内部结构孔的空隙状况,三者缺一构不成危害。混凝土在硬化中和硬化后形成许多大小不同的孔隙及相互连通的毛细孔通道。这些孔隙和毛细孔通道充满水,当温度降到负温后,使水相转变成冰,体积膨胀,造成冻害。
  复合型防冻剂的组分一般由防冻剂、早强剂、减水剂和引气剂组成。其中:
  ①防冻剂能降低混凝土中液相冰点,使混凝土在一定负温度下有部分不冻水存在,保证混凝土不遭受冻害并在一定时间里获得预期强度。
  ②早强剂促进混凝土早期强度的生成,使其及早达到临界强度以防冻害。
  ③减水剂除了保持混凝土需要的和易性及降低用水量之外,它还有分散作用,使水泥成为细小的、彼此分离的单个粒子,均匀地分布于水中。从而达到改善混凝土孔隙结构,降低混凝土中可冻水含量,并使冻晶粒度小且分散,以减轻冰的破坏作用。
  ④引气剂则使混凝土在搅拌过程中带人空气,形成很多封闭型微气孔,以缓解冰的冻胀应力破坏,提高混凝土的防早期冻害性能。
  2.2 防冻剂选用遵循的原则
  (1) 在日最低气温为-5℃时,当混凝土采用一层塑料薄膜和两层草袋或其它代用品覆盖养护时,可选用早强剂或早强减水剂代替抗冻剂。
  (2) 在日最低气温为-5℃ ,-10℃和-15℃时,仍采用上述保温措施时,可分别采用规定温度为-5℃、-10℃和-15℃的防冻剂。同时要执行我国现行规范GB50204-92的各项冻施规定。
  (3) 选择的防冻剂需经省级以上建设行政主管部门认可。防冻剂在工程应用前根据使用说明书中各项技术指标进行模拟试验,确定混凝土配合比,避免由于掺量不当造成质量问题。
  2.3掺防冻剂混凝土配合比设计
  (1) 采用 JC415-92混凝土防冻剂标准中的有关试验标准和化验方法。
  (2)掺引气组份的防冻剂混凝土的砂率应比不掺时降低2%-3%。防冻剂的掺量应根据施工温度、通过试验确定。
  (3)混凝土水灰比宜按:C20混凝土0.5~0 .6, C40混凝土0.35-0.45。
  (4)C20和C40混凝土水泥用量均不宜低于300 kg/m3,重要承重、薄壁结构的混凝土水泥用量可增加10%。
  三、掺防冻剂混凝土的应用实例
  大庆石化公司480k t/a裂解改造工程压缩机混凝土桩基础,桩型为钻孔灌注桩,C40混凝土中掺入早强防冻剂,其掺量为10%(占水泥质量)。试验桩需要30d固化期后才能进行静载试验,试验合格后方能施工,于三月初开始冬季施工,室外温度﹣12-29℃。冻结深度因装置区小气候影响只有1.6m深。考虑冻土吸热混凝土强度会降低问题,含在冻土层混凝土桩采用大钻具将冻土钻开,较原桩径增大20 cm,冻土部分桩采用木模使混凝土与冻土隔开。冻层以下的地温为6-7℃时混凝土桩不能产生冻害。
  四、冬季混凝土掺防冻剂施工的注意事项
  (1) 掺防冻剂混凝土的原材料必须符合冬施要求。所用水泥应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,水泥标号不应低于425#,严禁使用高铝水泥。
  (2) 使用防冻剂要注意掺加方法。对于防冻剂中含有不溶物或溶解度小的盐类,必须以粉状与水泥一起掺加。需配成溶液使用时,应使充分溶解并搅拌均匀,并控制其浓度和每次加入量。如果采用复合型防冻剂时,要考虑它们的共溶性。若不共溶,应分别配成溶液后,分别加入混凝土中。为加速溶解,可采用40~60℃的热水配制成溶液后,分别加人混凝土中。以粉状加人的防冻剂,如有受潮结块,应磨细通过0.63mm筛后方可使用。
  (3) 要严格控制掺量,根据施工期日最低气温为-10℃ ,-15℃,-20℃,可以分别采用规定温度为-5℃ ,-10℃ ,-15℃的防冻剂。不同防冻剂的掺量,差别很大。掺量不准时对混凝土的性能影响很大,过量会使混凝土凝速太快,造成施工困难、构件表面析盐严重,影响外装饰质量。掺量过多反而降低混凝土强度,转人正温养护后强度仍不增长。如果掺量不足,混凝土结构冻坏。现在正逐渐向低含碱、低掺量方向发展,这有利于防范碱骨料反应对混凝土的危害。
  (4) 防冻剂混凝土搅拌时间应比不掺防冻剂的延长50%,从而保证防冻剂在混凝土中均匀分布使混凝土强度一致。尽量缩短运输和浇灌时间。为了提高混凝土早期强度,混凝土人模温度不得低于-5℃。
  (5) 采用复合型防冻剂中有引气剂混凝土应采用负温法养护,不能采用蒸汽养护。采用蒸汽养护不但降低它的强度,而且还降低它的耐久性。混凝土浇灌完后,立即对外露面进行覆盖,并不得浇水。初期养护温度不得低于防冻剂的规定温度。当混凝土的温度降到防冻剂规定温度以下时,混凝土抗冻临界强度应达到3.5MPa,否则必须采用保温措施。