新型超低摻量混凝土防凍劑

【關鍵詞】　超低摻量;防凍劑;混凝土;研究

【中圖分類號】TU528.042 【文獻標識碼】B【文章編號】　1001 - 6864(2008) 01 - 0020 - 03

　　混凝土防凍劑作為我國“三北”地區(qū)工程建設冬期施工所必不可少的材料之一,其在混凝土中所起的作用也越來越大。按JC475 - 2004《混凝土防凍劑》標準的規(guī)定,我國的防凍劑主要分為氯鹽類、氯鹽阻銹類、無氯鹽類、有機化合物類、復合型防凍劑五類,根據(jù)氣溫環(huán)境的不同以及結(jié)構物所處的環(huán)境不同,防凍劑的種類與摻量、成分也隨之變化,主要選擇與應用依據(jù)為GB50119 - 2003《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》標準。

　　目前,國內(nèi)混凝土防凍劑產(chǎn)品主要還是以無機鹽類防凍劑(NO^2- 、SO₄^{2 -} 、NO₃^- 、Cl^- 鹽類) 為主,有機類防凍劑為輔,防凍劑摻量居高不下,尤其是在以建筑工程為主的、對混凝土結(jié)構耐久性要求較低的工業(yè)與民用建筑中,防凍劑摻量最高更達10 %以上( - 15 ℃環(huán)境下) ,從而帶入大量的堿金屬離子或氯離子,對混凝土結(jié)構的長期性能與耐久性帶來隱患。而在一些大型基礎設施,如水利、電力、核電廠、港工、橋梁等工程建設中,由于對Cl ^- 和堿含量的嚴格控制,又造成“無料可用”的被動局面。因此,為確?；炷凉こ獭熬G色化”的進程和可持續(xù)化發(fā)展的目標,研究與開發(fā)低摻量、超低摻量混凝土防凍劑材料勢在必行。

　　黑龍江省寒地建筑科學研究院與江蘇省燎原化工有限公司在2006 年2 月就超低摻量混凝土防凍劑新型材料的開發(fā)進行了聯(lián)合攻關,并在此領域進行了深入的研究與工程應用,取得了大量的技術數(shù)據(jù),并將此新型超低摻量防凍劑暫定名為FH 新型超低摻量混凝土防凍劑,分為兩個系列產(chǎn)品,分別為FH - N、FH - C ,其最大的特點為冰點值極低、無氯、微堿含量、超低摻量,較傳統(tǒng)防凍劑的摻量降低800 %～1000 %。

1 　FH超低摻量防凍劑冰點測試

　　采用冰點儀測試FH新型防凍劑的冰點,并與傳統(tǒng)防凍劑主要組份NaCl 、NaNO₂ 進行對比,結(jié)果示于圖1～圖4。由圖1、圖2 可見,當FH - N 溶液濃度為22.2 %時,液相冰點可達- 44. 1 ℃,FH - C溶液濃度為19.56 %時,液相冰點可達到- 45 ℃;而在相同液相濃度情況下,FH - C 的冰點較FH - N 的冰點值更低一些。

　　圖3 與圖4 分別是NaCl 、NaNO₂ 的不同濃度溶液冰點值,與圖1、圖2 中的FH 新型防凍劑材料相比,非常明顯地看出,在相同濃度下,FH 溶液的冰點值較NaCl 的溶液冰點

值低出1倍以上,而較NaNO₂ 的冰點值低6倍以上,因此,FH新材料在負溫混凝土抗凍性能中將會顯示出顯著的冰點效應。很顯然,由于冰點效應極其明顯,FH - C、FH - N 是具有

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比NaCl 、NaNO₂ 更明顯的抗凍作用,或者在同一冰點下,FH- C、FH - N 的摻量要遠遠低于NaCl 、NaNO₂ ,從而顯著減小Na₂O 的含量。

2 　- 5、- 10、- 15 ℃負溫條件下FH防凍劑的適宜摻量

　　按我國現(xiàn)行行業(yè)標準JC475 - 2004《混凝土防凍劑》的規(guī)定,防凍劑材料在混凝土工程中按使用溫度不同劃分為三個溫度區(qū)間: - 15、- 10、- 5 ℃,下面也按此規(guī)定進行三個溫度區(qū)間的摻量試驗。試驗原材料:哈水P.O42.5 水泥、中砂、16～31. 5mm 碎石基準配比(kgPm3 ) ∶水泥∶砂∶石∶水= 330∶709∶1156∶185FH新型防凍劑摻量(占水泥質(zhì)量%) :0.2 %～5.0 %強度測試齡期: - 7d、- 7 + 7d、- 7 + 28d、- 7 + 56d養(yǎng)護方式: - 15、- 10、- 5 ℃恒負溫冷庫預養(yǎng)模式:按JC475 - 2004 規(guī)定, - 15、- 10、- 5 ℃預養(yǎng)成熟度分別采用120、150、180 ℃·h。

2.1 　- 15 ℃負溫條件下,FH防凍劑的適宜摻量

　　基準混凝土的f 28 = 38.4MPa ,按JC475 規(guī)定, - 15 ℃條件下防凍劑合格品的R - 7 ≥8 % , 即防凍劑混凝土f - 7 ≥3.1MPa ,同時,還需滿足R28 ≥90 %、R - 7 + 56 ≥100 %的要求,按此條件,從- 15 ℃下不同摻量FH混凝土的試驗結(jié)果來看,能滿足早期強度及后期強度要求的摻量為1.5 % ,此摻量下,FH - N 的f - 7 = 4.6MPa ,FH - C 的f - 7 = 5.3MPa ,不但滿足以上條件,同時也滿足JGJ104 - 97《建筑工程冬期施工規(guī)程》中關于負溫混凝土抗凍臨界強度≥4.0MPa 的要求。摻量小于1.5 %的FH 防凍劑混凝土,雖然有部分摻量可以滿足R - 7 ≥8 %指標的要求,但由于R - 7 + 56 ≤100 % ,不能“滿足后期強度不低于基準混凝土”的要求,而摻量大于1.5 %的FH防凍劑混凝土,其技術指標均滿足JC475 標準要求,但其強度發(fā)展速率并沒有成比例地提高,同時過高摻量對混凝土工作性影響較大,故在考慮技術、施工可操作性、材料成本、混凝土物理力學性能與耐久性等綜合因素前提下, - 15 ℃時FH新型防凍劑的最佳摻量為占水泥質(zhì)量的1.5 % ,適宜摻量范圍為1.5 %～2.0 %。

　　通過試驗還可以看到,所有摻量的R28 均大于100 % ,說明在0.2 %～5.0 %摻量下,FH 防凍劑對混凝土均有增強的性能。但- 15 ℃時,其負溫強度的發(fā)展在1.5 %的摻量時,才能明顯地表現(xiàn)出來,當摻量小于1.5 %時,新拌混凝土有可能遭到凍害。- 15 ℃條件時,摻量1.5 %不但能防止凍害,且強度還可持續(xù)增長,滿足JC475 標準要求,而此溫度下,即-15 ℃時, 采用NaNO2 的摻量應為8.0 % , 前者僅為后者的18.75 % ,不足20 % ,即1P5 ,可見FH - N、FH - C 的摻量是足夠低的。

2.2 　- 10 ℃負溫條件下,FH防凍劑的適宜摻量

　　按JC475 - 2004 標準規(guī)定, - 10 ℃養(yǎng)護條件下,混凝土R - 7 ≥10 % ,即負溫混凝土f - 7 ≥3.84MPa。將- 10 ℃養(yǎng)護條件下同等摻量混凝土的強度數(shù)據(jù)與- 15 ℃條件下相比較,可以看到,溫度上升了5 ℃,混凝土的負溫養(yǎng)護強度均有10 %～30 %不同程度的提高,特別是f - 7 抗壓強度,除了0.2 %摻量下未達到標準要求的3.84MPa ,其余0.5 %～2.0 %摻量下FH負溫混凝土R - 7 均達標,且R28 、R - 7 + 28 、R - 7 + 56 也滿足標準規(guī)定要求,并滿足JGJ104 - 97 中關于負溫混凝土抗凍臨界強度值4.0MPa 的要求。綜合技術、經(jīng)濟因素, - 10 ℃條件下FH新型防凍劑的適宜摻量范圍為占水泥質(zhì)量的0.8 %～1.0 %。[Page]

2.3 　- 5 ℃負溫條件下,FH防凍劑的適宜摻量

　　按JC475 - 2004 標準規(guī)定, - 5 ℃養(yǎng)護條件下,混凝土R - 7 ≥20 % ,即負溫混凝土f - 7 ≥7.68MPa ,以此為限定條件,0.2 %、0.5 %、0.8 %摻量下負溫混凝土的f - 7 全部達到要求,同時還滿足了R28 ≥95 %、R - 7 + 28 ≥90 %、R - 7 + 56 ≥100 %的要求,即- 5 ℃負溫養(yǎng)護條件下, FH 新型防凍劑在0.2 %～0.8 %摻量下全部合格,但合理摻量范圍以占水泥質(zhì)量0.2 %～0.5 %為宜。

3 　結(jié)語

　　(1) 　FH新型超低摻量防凍劑均具有極大地降低冰點作用, 當FH - N 溶液濃度為22.2 %時, 液相冰點可達到- 44.1 ℃,FH - C 溶液濃度為19.56 %時,液相冰點可達到- 45 ℃,其冰點效率約為NaCl 的1 倍,NaNO2 的6 倍。

　　(2) 　FH新型超低摻量防凍劑在混凝土中的適宜摻量范圍為占水泥質(zhì)量的0.2 %～2.0 % ,根據(jù)氣溫環(huán)境的不同,其具體摻量如表1。

　　(3) 　在正溫養(yǎng)護條件下,FH防凍劑具有早強與增強的性能,當摻量由0.2 %向2.5 %逐步提高時,其混凝土強度呈現(xiàn)增長的規(guī)律,混凝土的1、3d 早期強度將提高至110 %～150 % ,28d 強度提高至110 %以上;當FH 摻量提高至2.5 %以后,由于會影響混凝土的工作性,不適宜單獨作為早強劑或防凍劑使用。

　　(4) 　FH新型超低摻量防凍劑在0.2 %～2.0 %摻量范圍內(nèi), R28 、R - 7 、R - 7 + 28 、R - 7 + 56 抗壓強度比指標根據(jù)使用溫度的不同,均達到JC475 - 2004《混凝土防凍劑》標準要求,其它物理力學性能通過試驗也證明均符合標準要求,可作為一種新型環(huán)保型防凍劑在混凝土工程冬期施工中應用。

參考文獻

　　[1 ] 　JC475 - 2004 ,混凝土防凍劑[ S] .

　　[2 ] 　JGJ104 - 97 ,建筑工程冬期施工規(guī)程[ S] .