防凍劑

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　　防凍劑是指能使混凝土在負溫下硬化，併在規定時間內達到足夠防凍強度的外加劑。

　　防凍劑是根據混凝土凍害機理，結合抗凍臨界強度、最優成冰率、冰晶形態轉化等理論，並總結長期冬季施工實踐研製的，一般由4種成分組成，其作用分述如下：

　　1.早強成分

　　達到一定強度後才能進行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應避免施工荷載對樓板產生較大的振動。主要作用是加速混凝土的凝結硬化，使之儘快達到抗凍臨界強度；在達到臨界強度以後，能加快混凝土硬化速度，剋服負溫、低溫造成的強度增長緩慢現象。

　　2.引氣成分

　　在混凝土體內引人微米級的細小氣泡(有益氣泡)，其作用：

　　(1)切割、封閉混凝土內的連通孔道(有害孔道)，減輕凍脹時的裂紋擴展；

　　(2)引入的大量氣泡起到膨脹“緩衝器”的作用，吸收冰晶膨脹應力，減輕凍害。在混凝土內引人氣體3．5%，可消化6．6%的體積膨脹，在成齡階段，可起到提高抗凍融能力、改善耐久性的作用。

　　3.減水成分

　　其作用：(1)減少拌合水，從而減少游離水總量，從根本上減少可凍冰的含量(但亦應保持一定含冰率)，消除凍脹內因；(2)通過減水成分的分散作用，釋放包裹水，消除劣質水泡，使粗大冰晶轉化為細小冰晶，優化水泥水化環境，減輕脹凍壓力。

　　4.防凍成分

　　多為一些有降低冰點作用的無機鹽，作用可概括如下：摻防凍組份(以NaNO₂，摻2%為例)的水溶液冰點約為-1．5℃，當溫度降到-1．5℃時，孔隙內臨近受凍側的游離水開始結冰，冰體內無機鹽部分析出，剩餘游離水中鹽的濃度變大(冰點進一步降低)；當溫度繼續下降(如降到-5℃)，又有臨近受凍側游離水部分結冰，剩餘游離水濃度繼續增大，持續這一過程，直到亞硝酸鈉最低共溶點出現，孔內全部游離水結成冰。由此可見，防凍成分的作用是在連續降溫過程中保持混凝土體內始終有一定的液相水存在(過冷水)，使水泥水化能持續進行(儘管此時水化速度已較常溫大為減慢)。由此可見，防凍劑的防凍機理是綜合性的，是多種效果的綜合體現。世界上並不存在某種一摻就靈的防凍劑，“防凍”只是最終的效果，它是通過早強、引氣、減水、防凍等因素共同作用而實現的。而且防凍劑的使用效果與工程的施工情況也有關係，所以說混凝土的冬季施工是一個典型的系統工程，必須通盤考慮。

　　1.正確理解“使用溫度”

　　任何一種符合標準的防凍劑產品，都有一個明確的“使用溫度”(如-15℃、-2O℃)，說使用溫度就是“允許混凝土施工的溫度”並不錯誤，但應著重與混凝土抗凍臨界強度聯繫起來理解，即在環境溫度降到外加劑“使用溫度”前，混凝土必須達到抗凍臨界強度，這樣混凝土才是安全的，否則混凝土有可能被凍壞。混凝土的使用溫度越低，說明該防凍劑的防凍效果越好，混凝土越有更多的時間(含負溫區)來增長強度，從而達到抗凍臨界強度的可能性大大增加。

　　目前國內生產的混凝土防凍劑的使用溫度多在-10℃～-15℃之間(可適用於日最低-15℃～-2O℃的情況)，溫度再低，防凍劑配方設計難度越大，不確定因素也增加，從這個角度講，多數情況下沒有必要非得要求防凍劑的使用溫度一定低於施工時的最低環境溫度，關鍵是必須在溫度降到防凍劑使用溫度前就使混凝土達到抗凍臨界強度。

　　2.採取覆蓋保溫措施

　　綜合蓄熱法的基本做法是覆蓋加摻防凍劑，必要時對水和砂石料進行加熱。覆蓋的作用是使水泥水化熱量和原材料加熱熱量留在混凝土內部的時間長一些，儘量延長水泥正溫水化時間，這一點非常重要。保溫做得越好，混凝土降到外加劑“使用溫度”的時間越長，越有時間達到抗凍臨界強度。為達到這個效果，覆蓋材料的種類和厚度應結合外加劑的使用溫度、抗凍臨界強度、環境溫度等因素通過熱工計算確定。

　　3.搞好施工組織

　　防凍劑的使用效果必須通過良好的攪拌、振搗來實現，攪拌延長30min是為了使外加劑更充分的混合，外加劑攪拌不勻甚至會引發事故。再者防凍劑有一個最佳攪拌時間和最佳振搗時間問題，過度會使其中的引氣量減小，不足又會使其中的氣泡分佈不均甚至產生粗大劣質氣泡，這些都會對防凍不利。此外，最大限度縮短運送距離，攪拌站搭設保溫棚，輸送管外裹保溫套，架子車覆蓋保溫被，工序銜接緊湊等措施都是為了提高混凝土的入模溫度，延長正溫養護時間，儘快達到抗凍臨界強度。

　　4.熱工計算

　　熱工計算主要參照湖南大學吳震東提出的“吳震東公式”進行，它有多方面的用途，主要用來做驗證性計算。要點是：

　　(1)根據原材料和環境溫度計算混凝土的人模溫度，T；

　　(2)計算混凝土由此溫度降至防凍劑規定溫度所需的時間，h；

　　(3)根據成熟度公式計算在上述養護時間內混凝土能達到的強度，MPa；

　　(4)比較該強度是否大於抗凍臨界強度，確定冬季施工方案是否可行；

　　(5)施工時留置同條件試塊，在環境溫度降至防凍劑使用溫度的前1d檢驗其實際強度，看是否達到抗凍臨界強度。

　　5.掌握防凍劑摻量

　　一般地，比較正規的防凍劑產品在配方設計時摻量與使用溫度都是一一對應的，不存在調整問題。防凍劑的多數組份都有最優摻量問題，適用範圍十分狹窄，摻量與功效並非線性關係。比如將3%摻為4%，各組份將都增加33%，很可能造成因含氣量增加導致強度下降(約5%～10%)；因Na₂SO₄、NaNO₃增加致使鹼含量增高而對耐久性不利。若由3%變成2%，則功效肯定不是減少33%的問題，而是更多。不僅防凍劑，其他外加劑亦是如此。

　　我國防凍劑的發展從成分上大體經歷了含氯鹽型、氯鹽阻銹型、無氯高鹼型和無氯低鹼型幾個階段，其中含氯鹽的防凍劑不允許用於鋼筋混凝土和預應力混凝土結構中，現在大多數用作砂漿防凍劑。從防凍劑在混凝土中的摻量來看 防凍劑也經歷了高摻量(10％～15％)向低摻量(3％～5％)的發展過程。由於預拌混凝土的大量使用，防凍劑的形態也從粉劑逐漸發展到液體產品為主。今後幾年，東北地區將推廣應用無氯、低鹼、低摻量、高效能、液體型防凍劑，鼓勵研製開發有機物組分的液體型防凍劑和有機物組分——無機物組分複合的液體型防凍劑，積極開發引氣型防凍劑。目前，我國在研製開發新型防凍劑的原材料方面尚沒有重大突破，還未能出現性價比高、品質優良的新型防凍劑產品。