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談液體低堿無氯早強防凍劑的研究與應用

[ 摘要] 介紹了液體低堿無氯早強防凍劑的基本組分、作用機理及其相互作用效果，解決了液體防凍劑在低溫下結晶或沉淀的問題，驗證了防凍劑中添加引氣成分無明顯效果，該早強防凍劑只需摻加約1%(折算成固體)就可實現在-15℃以內進行混凝土連續(xù)施工。

0 前言

在冬季施工中，由于混凝土自身的特點，寒冷的冬季氣候對混凝土工程的質量影響很大。新澆筑的混凝土對溫度非常敏感，在低溫條件下混凝土強度的增長相當緩慢。如果混凝土溫度降至水的冰點以下，水泥水化反應停止，而且，混凝土一旦凍結，即使其后給以適宜的溫度養(yǎng)護，也會對混凝土的強度、耐久性等性能帶來不利影響，貽害未來。

早強防凍劑能使混凝土在負溫下硬化，并在規(guī)定的時間內達到足夠的防凍強度。資料顯示，目前國內外常用的防凍劑主要是氯鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、尿素等，以及它們的復合物。這些防凍劑均能降低水的冰點，并能使混凝土在負溫下發(fā)展強度，但它們摻量均較高，對混凝土的耐久性等會產生不同程度的不利影響，如C1- 導致鋼筋銹蝕，K+、Na+ 產生堿骨料反應，混凝土絕緣性下降，表面產生鹽析長毛現象，有些防凍劑還能釋放出NH3 等有毒氣體，對室內環(huán)境造成嚴重污染等。因此解決以無機鹽為主要成分的防凍劑存在的問題，研究低摻量低堿無氯早強防凍劑對發(fā)展綠色高性能混凝土具有非常重要的現實意義。

1 基本成分及其作用機理

1.1 催化組分

該組分采用的是三乙醇胺，它不參與水泥的水化反應，而是起催化作用，能加速水泥中C3A 水化形成鈣礬石的過程，從而使混凝土在較短的時間內形成強度骨架，盡快達到抗凍臨界強度，增強混凝土抵御凍害的能力。同時水泥早期的快速水化，使混凝土內大部分可凍的自由水變成了不可凍的化合水，從而也減少了可凍水的數量。

另外，三乙醇胺在凍結期間能減輕冰晶的破壞作用，在融解期又能促進水泥深入水化而提高后期強度。

1.2 促凝早強組分

該組分能使混凝土在較低的環(huán)境溫度下，促進水泥的水化進程，在單位時間內形成較多水化產物，并參與水泥的水化作用，與水化鋁酸鈣反應產生不溶于水的絡合物，形成強度骨架，縮短初、終凝時間，加快早期強度的發(fā)展，使混凝土在盡可能短的時間內達到抗凍臨界強度，從而減少因突然降溫對混凝土造成凍害的可能性。與三乙醇胺協同作用，早強效果更顯著。

1.3 防凍組分

該組分同時具備三個作用：①早強作用，它能加速水泥的水化，迅速減少可凍水的數量，促進混凝土強度的快速發(fā)展，從而使混凝土在較短的時間內達到抗凍臨界強度，減少因突然降溫對混凝土造成凍害的可能性。②防凍作用，它能大幅度降低水的冰點，使混凝土在一定負溫下保持液態(tài)水存在，以保證水泥持續(xù)水化的基本條件。③使冰的晶格構造嚴重變形，因而無法形成凍脹應力而破壞水化礦物構造，使混凝土強度受損。另外，該組分能使防凍劑用量不足時，使混凝土在負溫下雖然強度停止增長，但在轉正溫后對最終強度無不利影響。

1.4 高效減水組分

高效減水劑選用硫酸鈉含量不超過3%的萘磺酸鹽甲醛縮合物與氨基磺酸鹽的復合物，這樣做的目的是：①在有效摻量比較少的情況下，獲得較高的減水率；②在不復合緩凝劑的情況下能保持混凝土拌合物的坍落度經時損失比較小，從而避免影響混凝土的正常輸送和早期強度發(fā)展；③能使液體外加劑在較低的環(huán)境溫度下，不產生結晶體或沉淀物，并且粘度不增加，從而有利于攪拌站外加劑添加系統的正常工作。

在防凍劑中摻加高效減水成分，能使混凝土拌合物達到規(guī)定稠度的需水量大大減少，亦即減少了可凍水(冰凍的內因)的數量，防凍組分在水中的濃度也提高了，水的冰點進一步降低，同時細化了毛細孔徑，從而降低毛細管水的冰點，保證了水泥正常水化的進行，增強混凝土的防凍能力。