防凍劑對(duì)高寒地區(qū)混凝土力學(xué)性能影響
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摘要：針對(duì)高原高寒地區(qū)混凝土施工期受凍害問(wèn)題，提出采取室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的方式，研究防凍劑對(duì)干硬性混凝土力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，防凍劑具有降低冰點(diǎn)、促進(jìn)早期硬化的作用，有利于提高早期強(qiáng)度；摻防凍劑混凝土需要早期預(yù)養(yǎng)，否則會(huì)影響防凍劑效果。通過(guò)論證，摻防凍劑的現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且應(yīng)用效果較好。
關(guān)鍵詞：高原高寒；防凍劑；干硬性混凝土；力學(xué)性能
〇前言
針對(duì)某工程地處高原高寒地區(qū)，全年中有5個(gè)月氣溫低于〇°C、有8個(gè)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(guān)鍵問(wèn)題，摻防凍劑是冬季施工保證混凝土質(zhì)量的主要手段。普通混凝土受凍后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度損失較大，但摻入防凍劑后，強(qiáng)度損失則變得很小。這一現(xiàn)象與防凍劑具有降低冰點(diǎn)、促進(jìn)硬化、降低抗凍臨界強(qiáng)度（混凝土抵抗凍害的最小強(qiáng)度）的功能有關(guān)［1＿3］。換言之，由于防凍劑可降低混凝土中孔溶液的冰點(diǎn)，混凝土在負(fù)溫下也可以進(jìn)行緩慢的水化，盡快形成混凝土孔結(jié)構(gòu)，并具有一定的早期抗凍強(qiáng)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(qiáng)度；對(duì)哈爾濱地區(qū)－3￣－26°C自然變負(fù)溫條件下，對(duì)摻與不摻防凍劑的混凝土性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，摻3％防凍劑混凝土各齡期強(qiáng)度比不摻防凍劑時(shí)提高20％以上。江守恒等［6］研究了摻與未摻防凍劑混凝土預(yù)養(yǎng)不同時(shí)間凍融后相對(duì)動(dòng)彈模變化，結(jié)果表明，摻加防凍劑比未摻防凍劑的混凝土提前48h達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。面對(duì)高原高寒地區(qū)低平均氣溫、高頻凍融、干燥的復(fù)雜自然環(huán)境和工期緊張的施工條件，針對(duì)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，值得進(jìn)一步研究。
1試驗(yàn)
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(qiáng)度為50．2MPa，28d抗折強(qiáng)度8．5MPa0細(xì)骨料：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為3．0，屬中砂。粗骨料為花崗質(zhì)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(jí)配符合MH5006—2015《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)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(qiáng)度比為39％，R＿7＋28抗壓強(qiáng)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(yàn)內(nèi)容
（1）直接受凍的負(fù)溫條件下，對(duì)比摻和不摻防凍劑砂漿早期強(qiáng)度，以考察防凍劑的早期強(qiáng)度防凍害效果。砂漿試驗(yàn)需說(shuō)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(jìn)行配制。（2）室內(nèi)試驗(yàn)研究了防凍劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響：對(duì)比測(cè)試了摻防凍劑混凝土在低溫和負(fù)溫條件下的早期強(qiáng)度，以考察防凍劑混凝土是否需要早期預(yù)養(yǎng)。對(duì)比測(cè)試防凍劑混凝土預(yù)養(yǎng)1d、2d的R＿7＋28d混凝土強(qiáng)度，以考察預(yù)養(yǎng)時(shí)間對(duì)防凍劑混凝土的影響。（3）室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)溫度，試驗(yàn)測(cè)試了防凍劑混凝土力學(xué)性能。（4）基于上述室內(nèi)研究成果，開(kāi)展防凍劑混凝土性能的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1砂漿試驗(yàn)
砂漿先在20°C養(yǎng)護(hù)6h，再按照表1的養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。砂漿配合比及強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表1。與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（20°C）相比，負(fù)溫在－5°C下，不摻防凍劑，砂漿抗壓強(qiáng)度降低了95％，沒(méi)有抗折強(qiáng)度；負(fù)溫在－5°C下，摻防凍劑后，砂漿抗壓強(qiáng)度降低了56％，抗折強(qiáng)度降低了68％。由此說(shuō)明，直接受凍條件下，摻防凍劑是有效的，利于提高早期強(qiáng)度以防凍害；負(fù)溫對(duì)摻防凍劑砂漿抗折強(qiáng)度的影響比抗壓強(qiáng)度大。
2．2混凝土試驗(yàn)
分別在負(fù)溫－5°C和低溫5°C的條件下養(yǎng)護(hù)混凝土，摻防凍劑的混凝土早期強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。低溫在5°C下，防凍劑摻量3％，其混凝土7d抗壓強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的90％、7d抗折強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的83％；負(fù)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(qiáng)度僅達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的一半。試驗(yàn)結(jié)果表明，與低溫相比，在直接受凍的負(fù)溫條件下，盡管增加防凍劑摻量，早期強(qiáng)度的降低幅度仍較大。由此說(shuō)明，摻防凍劑混凝土需要一定的早期預(yù)養(yǎng)，這樣才能更好地發(fā)揮防凍劑效果。預(yù)養(yǎng)1d、2d防凍劑混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，混凝土配合比同表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，與1d相比，負(fù)溫在－2°C下預(yù)養(yǎng)2d，混凝土抗折強(qiáng)度R＿7提尚了6％，R＿7＋28提尚了19％；負(fù)溫在－15°C下，混凝土抗折強(qiáng)度K＿7提尚了19％，R＿7＋28提尚了11％。可見(jiàn)，受凍之前預(yù)養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，防凍劑混凝土強(qiáng)度越尚。從表3還可看出，要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的90％，摻防凍劑混凝土需常溫預(yù)養(yǎng)2d。
2．3防凍劑的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
6．0MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度5．0MPa要求。2．3．1現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比。2．3．2模擬現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)的防凍劑混凝土抗折強(qiáng)度。防凍劑混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工配合比見(jiàn)表4。從拌合根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，澆筑3d內(nèi)混凝土溫樓取樣16組混凝土，其混凝土抗折強(qiáng)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(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度，室內(nèi)20°C預(yù)養(yǎng)3d，再置于現(xiàn)場(chǎng)同條件保溫養(yǎng)護(hù)。摻防凍劑混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果表明，與不摻防凍劑相比，摻防凍劑混凝土7d、28d抗折強(qiáng)度明顯提高；摻防凍劑的混凝土28d強(qiáng)度超過(guò)設(shè)計(jì)要求5．0MPa，而不摻防凍劑的不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。由此說(shuō)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(qiáng)度卻沒(méi)有提高，可見(jiàn)防凍劑摻量3％即可。
3結(jié)論
（1）砂漿試驗(yàn)結(jié)果表明，不預(yù)養(yǎng)、負(fù)溫受凍條件下，摻防凍劑是利于提高砂漿早期強(qiáng)度；負(fù)溫對(duì)防凍劑砂漿抗折強(qiáng)度影響比抗壓強(qiáng)度大。（2）混凝土試驗(yàn)結(jié)果表明，摻防凍劑混凝土需要一定的早期預(yù)養(yǎng)，使受凍前混凝土具有一定的強(qiáng)度，只有這樣才能更好地發(fā)揮防凍劑效果。（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，摻防凍劑的現(xiàn)場(chǎng)混凝土抗折強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用效果較好。（4）現(xiàn)場(chǎng)澆筑結(jié)果表明：適宜摻量的防凍劑，可延長(zhǎng)每天施工時(shí)間2h，延長(zhǎng)冬季施工工期15d。該試驗(yàn)結(jié)果適用于高寒地區(qū)、工期較緊的工程，可保證混凝土施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。
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作者:鄧旭艷 茍萬(wàn)康 丁慶 單位:中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司西南指揮部 中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司