火熱進(jìn)行中南方路機(jī)：如何設(shè)計(jì)防凍混凝土與抗凍混凝土？全場(chǎng)折

在建筑行業(yè)中，有些施工人員往往把冬期施工的混凝土與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有抗凍等級(jí)要求的混凝土都稱為“抗凍混凝土”。筆者認(rèn)為，冬期施工的混凝土，主要是采取技術(shù)措施預(yù)防混凝土澆筑后，在未達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度以前不發(fā)生凍脹破壞就達(dá)到了技術(shù)要求，應(yīng)稱為防凍混凝土。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有抗凍等級(jí)要求，混凝土自身應(yīng)具有長(zhǎng)期抵抗凍融循環(huán)能力的，才應(yīng)稱為抗凍混凝土。

在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，查不到防凍混凝土的術(shù)語，僅能查到“摻防凍劑的混凝土”或“冬期施工的混凝土”等詞語；抗凍混凝土在規(guī)范中的術(shù)語是：抗凍等級(jí)等于或大于F50級(jí)的混凝土。實(shí)際上這兩種混凝土技術(shù)要求完全不同，但標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范沒有給出“防凍混凝土”的定義，或有些施工人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范學(xué)不夠，因此容易引起一些施工人員對(duì)這兩種混凝土產(chǎn)生誤解或混淆。譬如：誤認(rèn)為“抗凍混凝土就是摻防凍劑的混凝土”或“大熱天為什么要澆筑抗凍混凝土？”等。這些誤解可能造成對(duì)抗凍混凝土的生產(chǎn)、澆筑和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)的重視不夠而影響到工程質(zhì)量。

1 、防凍混凝土

防凍混凝土的技術(shù)要求是：在冬期施工過程中，采取可靠的技術(shù)措施，使混凝土澆筑后盡早凝結(jié)硬化，并在未達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度以前不得發(fā)生凍脹破壞。

當(dāng)氣溫在0～4℃時(shí)，水的活性較低，水泥的水化反應(yīng)極其緩慢，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展不能達(dá)到要求。當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，混凝土內(nèi)水分大分凍結(jié)。水結(jié)成冰后產(chǎn)生9%的體積膨脹，混凝土結(jié)構(gòu)將遭致永久性破壞；另外，水結(jié)成冰后，混凝土中沒有足夠的液態(tài)水參與水泥的水化反應(yīng)，混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)極慢甚至停止。因此，冬期施工澆筑的混凝土宜摻入早強(qiáng)劑或防凍劑，并應(yīng)在混凝土凝結(jié)硬化初期，采取適當(dāng)?shù)谋鼗蛟鰷卮胧浞掷没炷磷陨頍崃炕蛲鉄崃浚ㄈ珉姛岱?、暖棚法等），確保混凝土澆筑后的起始養(yǎng)護(hù)溫度：嚴(yán)寒地區(qū)不低于10℃；寒冷地區(qū)不低于5℃，使混凝土強(qiáng)度具備正常增長(zhǎng)的條件，盡快的獲得受凍臨界強(qiáng)度。

1冬期施工采取的技術(shù)措施

冬期施工是混凝土工程質(zhì)量事故的多發(fā)季節(jié)，這是由于準(zhǔn)備工作時(shí)間短，技術(shù)要求復(fù)雜，某一環(huán)節(jié)跟不上或倉促施工造成的。因此，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁庀筚Y料統(tǒng)計(jì)，提前做好周密計(jì)劃和冬施準(zhǔn)備工作，避免發(fā)生工程質(zhì)量事故。冬期施工采取的技術(shù)措施主要有：

①材料預(yù)熱法：即先將水及砂、石預(yù)先加熱，再用于攪拌混凝土；

②蓄熱保溫法：即采用保溫材料覆蓋澆筑后的混凝土，使混凝土澆筑后在一定時(shí)間內(nèi)保持不降溫或緩慢降溫；

③暖棚法：即在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建保溫加熱暖棚，使混凝土澆筑后在暖棚內(nèi)正溫環(huán)境條件下養(yǎng)護(hù)，有條件時(shí)最好攪拌、澆筑也在暖棚內(nèi)進(jìn)行；

④摻入早強(qiáng)劑或防凍劑。

此外，冬期施工的混凝土宜適當(dāng)提高水泥用量，或采用早強(qiáng)水泥，以及采用高性能減水劑或高效減水劑，盡量減少用水量等技術(shù)措施。

采取以上技術(shù)措施的目的，是為了控制和提高混凝土的出機(jī)溫度和入模后溫度，確?；炷翝仓髲?qiáng)度具備正常增長(zhǎng)的條件，在未達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度以前不發(fā)生凍害。

2關(guān)于早強(qiáng)劑和防凍劑

當(dāng)今世界混凝土破壞原因按重要性排列的順序是：鋼筋銹蝕、寒冷氣候下的凍害、侵蝕環(huán)境的物理化學(xué)作用。因此，摻用早強(qiáng)劑或防凍劑的混凝土應(yīng)注意要限制氯鹽含量，氯鹽是誘發(fā)鋼筋銹蝕的一個(gè)很重要因素，預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定控制混凝土中的最大氯離子含量，避免發(fā)生工程質(zhì)量事故，造成巨大浪費(fèi)，國(guó)內(nèi)外許多工程已為此付出了慘重代價(jià)。

①混凝土早強(qiáng)劑與組分

能加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑稱為早強(qiáng)劑。在實(shí)際使用中，大多為復(fù)配早強(qiáng)劑，無機(jī)鹽類對(duì)混凝土后期強(qiáng)度不利；氯鹽早強(qiáng)劑會(huì)引起鋼筋銹蝕；鹽早強(qiáng)劑可能產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土耐久性降低；鈉鹽早強(qiáng)劑將增加混凝土中堿含量，與活性二氧化硅骨料產(chǎn)生堿—骨料反應(yīng)。早強(qiáng)劑過量加入，雖然混凝土早期效果好，但后期強(qiáng)度損失大，鹽析加劇影響混凝土飾面；增加混凝土導(dǎo)電性能及增大混凝土收縮開裂的危險(xiǎn)。混凝土早強(qiáng)劑的主要組分有：氯化鈉、氯化鈣、鈉、鈣、鋁、重鉻酸鉀、三乙醇胺、三異丙醇胺、甲醇、乙醇、甲酸鈣、草酸鋰、乙酸鈉等。

②混凝土防凍劑與組分

能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期性能的外加劑稱為防凍劑。防凍劑絕大多數(shù)是復(fù)合外加劑，應(yīng)控制早強(qiáng)組分和防凍組分無機(jī)鹽類的摻入量，否則使用不當(dāng)會(huì)引起混凝土后期強(qiáng)度倒縮、鋼筋銹蝕及堿—骨料反應(yīng)發(fā)生。

混凝土防凍劑的主要組分有：防凍組分（如亞鈉、氯化鈉、甲醇、尿素、氯化鈣、碳酸鉀等）、引氣組分（如松香皂、松香熱聚物、烷基磺酸鈉等）、早強(qiáng)組分（如鈉、氯化鈣、鈣、三乙醇胺等）、減水組分（如萘系、三聚氰胺、氨基磺酸等）。

3關(guān)于早強(qiáng)劑和防凍劑的選用

我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119）第7.3.1條規(guī)定：

①在日最低氣溫為0～-5℃，混凝土采用塑料薄膜和保溫材料覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)，可采用早強(qiáng)劑或早強(qiáng)減水劑；

②在日最低氣溫為-5～-10℃、-10～-15℃、-15～-20℃，采用上款保溫措施時(shí)，宜分別采用規(guī)定溫度為-5℃、-10℃、-15℃的防凍劑。

4關(guān)于冬期施工與受凍臨界強(qiáng)度

臨界強(qiáng)度是冬期澆筑的混凝土在受凍以前必須達(dá)到的最低強(qiáng)度。

我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程冬期施工規(guī)程》JGJ104規(guī)定：根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁庀筚Y料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定低于5℃（日最低氣溫低于-30℃時(shí)）即進(jìn)入冬期施工；當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5d高于50℃時(shí)解除冬期施工。該《規(guī)程》規(guī)定冬期澆筑的混凝土受凍臨界強(qiáng)度為：

①普通混凝土采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制時(shí)，應(yīng)為設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的30%；采用礦渣硅酸鹽水泥配制時(shí)，應(yīng)為設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的40%；但混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C10及以下時(shí)不得小于5.0MPa。

②摻用防凍劑的混凝土，當(dāng)室外最低氣溫不低于-15℃時(shí)不得小于4.0MPa；當(dāng)室外最低氣溫不低于-30℃時(shí)不得小于5.0MPa。

混凝土中摻入合格的防凍劑后，能降低水的冰點(diǎn)，并改變了冰晶結(jié)構(gòu)，使混凝土在負(fù)溫條件下不會(huì)發(fā)生凍脹破壞，且仍有足夠的液態(tài)水使水泥的水化作用得以繼續(xù)進(jìn)行；轉(zhuǎn)入正溫后，混凝土強(qiáng)度能進(jìn)一步增長(zhǎng)，達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。因此，《規(guī)程》規(guī)定摻用防凍劑的混凝土受凍臨界強(qiáng)度明顯比不摻的低。

2 、抗凍混凝土

抗凍混凝土是指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求混凝土具有長(zhǎng)期抵抗凍融循環(huán)的耐久性能，即滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的抗凍級(jí)別。

當(dāng)抗凍混凝土在冬期環(huán)境下澆筑時(shí)，還必須采取冬期施工的技術(shù)措施?？箖龌炷翢o論在什么季節(jié)施工，都必須摻引氣劑來達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗凍級(jí)別要求，提高混凝土含氣量（4%～6%）是提高混凝土抗凍性能最有效的技術(shù)措施。應(yīng)用抗凍混凝土的工程主要有：水工、港口、橋梁及公路等。

1抗凍等級(jí)和抗凍標(biāo)號(hào)

根據(jù)GB/T50082-2009標(biāo)準(zhǔn)，混凝土抗凍性能按試驗(yàn)方法不同，分抗凍等級(jí)和抗凍標(biāo)號(hào)?？箖龅燃?jí)用符號(hào)F表示，而抗凍標(biāo)號(hào)是用符號(hào)D表示，兩種方法均采用齡期28d的試件在吸水飽和后，檢測(cè)其承受反復(fù)凍融循環(huán)下的性能變化?？箖龅燃?jí)是以試件相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至不低于60％或者質(zhì)量損失率不超過5％時(shí)的最大凍融循環(huán)次數(shù)來確定；抗凍標(biāo)號(hào)是以抗壓強(qiáng)度損失率不超過25％或者質(zhì)量損失率不超過5％時(shí)的最大凍融循環(huán)次數(shù)來確定。常用的混凝土抗凍等級(jí)有：F50、F100、F150、F200、F250、F300等，分別表示混凝土能夠承受反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)為50、100、150、200、250和300次。

2影響混凝土抗凍性的因素

影響混凝土抗凍性的主要因素是平均氣泡間距、水膠比、含氣量、骨料和膠凝材料等。

①平均氣泡間距

平均氣泡間距是影響混凝土抗凍性最主要的因素，平均氣泡間距越大，則凍融過程中毛細(xì)孔中的靜水壓力和滲透壓力越大，混凝土的抗凍性越低；一般平均氣泡間隔系數(shù)在500μm以下可獲得高抗凍混凝土。

②水膠比

水膠比越大，混凝土中可凍水的含量越多，混凝土的結(jié)冰速度越快；氣泡結(jié)構(gòu)越差，平均氣泡間距越大；混凝土強(qiáng)度越低，抵抗凍融的能力越差。水膠比在0.45～0.85范圍內(nèi)變化時(shí)，不摻引氣劑的混凝土抗凍性變化不大，只有水膠比小于0.45以后，抗凍性才隨水膠比的降低而明顯提高；水膠比小于0.35的混凝土，即使不摻引氣劑，也有較高的抗凍性。

③含氣量

在一定范圍內(nèi)，含氣量越多，混凝土的抗凍性越好。但含氣量超過一定范圍時(shí)，混凝土的抗凍性反而降低，原因是含氣量增加在降低平均氣泡間距的同時(shí)，降低了混凝土強(qiáng)度（混凝土含氣量每增加1%抗壓強(qiáng)度下降3%～5%）。一般當(dāng)所用的天然骨料的最大粒徑為10～40mm時(shí)，使新澆混凝土中的含氣量達(dá)到4%～7%，可獲得足夠的抗凍性。

④混凝土強(qiáng)度

當(dāng)靜水壓力和滲透壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即產(chǎn)生凍融破壞。因此作為表征抵抗凍融破壞能力的混凝土強(qiáng)度對(duì)混凝土抗凍性也有影響。當(dāng)含氣量或平均氣泡間距相同時(shí)，強(qiáng)度高的混凝土抗凍性高于強(qiáng)度低的混凝土。但相對(duì)而言，強(qiáng)度對(duì)混凝土抗凍性的影響程度遠(yuǎn)沒有氣泡結(jié)構(gòu)大。

⑤骨料

當(dāng)骨料吸水飽和，受凍后在骨料孔隙和骨料-水泥漿界面產(chǎn)生靜力壓力，超過骨料或界面強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生凍害。因此，影響骨料抗凍性的主要因素是骨料吸水率和骨料尺寸。用吸水率大的骨料（如輕骨料）配制抗凍混凝土更依賴引氣劑的摻入；骨料尺寸越大，受凍后越容易破壞，但細(xì)骨料對(duì)混凝土的抗凍性影響不大。此外，骨料的堅(jiān)固性、風(fēng)化程度、粘土含量、雜質(zhì)含量等對(duì)混凝土抗凍性也有影響。

⑥水泥品種和用量

水泥中隨混合材摻入量的增加，混凝土的抗凍性降低，因此抗凍混凝土用硅酸鹽水泥配制要優(yōu)于用其它品種的水泥。對(duì)于非引氣混凝土，水泥品種和用量對(duì)混凝土抗凍性有一定的影響，而對(duì)于引氣混凝土，這種影響不大。

⑦混合材

粉煤灰摻量在一定范圍內(nèi)，且強(qiáng)度和含氣量相同的條件下，摻與不摻粉煤灰的混凝土抗凍性基本相同。但當(dāng)粉煤灰摻量超過一定范圍時(shí)，會(huì)降低混凝土的抗凍性。硅粉摻量不超過10%時(shí)，混凝土的抗凍性有所提高，超過15%時(shí)抗凍性則會(huì)明顯降低。

⑧養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑后的早期養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度有明顯的影響。筆者用C30泵送混凝土，成型150mm的立方體試件進(jìn)行試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果來看，澆水養(yǎng)護(hù)14d的試件抗壓強(qiáng)度平均比不澆水養(yǎng)護(hù)的試件高4.4MPa，28d碳化厚度少1.5～2.0mm；不澆水試件對(duì)回彈推定強(qiáng)度的影響更大。充分說明養(yǎng)護(hù)方法對(duì)混凝土的抗凍性也有一定的影響。因此，混凝土澆筑后應(yīng)及時(shí)采取有效的保濕養(yǎng)護(hù)措施，既增強(qiáng)又防裂，提高混凝土的耐久性。(本文來自 南方路機(jī)攪拌學(xué)院)

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