防冻剂对高寒地区混凝土力学性能影响

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摘要：针对高原高寒地区混凝土施工期受冻害问题，提出采取室内试验和现场验证的方式，研究防冻剂对干硬性混凝土力学性能的影响。研究结果表明，防冻剂具有降低冰点、促进早期硬化的作用，有利于提高早期强度；掺防冻剂混凝土需要早期预养，否则会影响防冻剂效果。通过论证，掺防冻剂的现场混凝土强度满足设计要求，且应用效果较好。

关键词：高原高寒；防冻剂；干硬性混凝土；力学性能

〇前言

针对某工程地处高原高寒地区，全年中有5个月气温低于〇°C、有8个月气温低于5°C，冬季最低气温处于－15￣－20°C、最高气温处于10￣15°C，昼夜温差大。混凝土施工期受冻融破坏是该工程亟需解决的关键问题，掺防冻剂是冬季施工保证混凝土质量的主要手段。普通混凝土受冻后，内部结构受到破坏，强度损失较大，但掺入防冻剂后，强度损失则变得很小。这一现象与防冻剂具有降低冰点、促进硬化、降低抗冻临界强度（混凝土抵抗冻害的最小强度）的功能有关［1＿3］。换言之，由于防冻剂可降低混凝土中孔溶液的冰点，混凝土在负温下也可以进行缓慢的水化，尽快形成混凝土孔结构，并具有一定的早期抗冻强度。如巴恒静等［4＿5］研究表明，在－15°C下，掺入3％￣5％（占胶材用量，下同）的防冻剂可降低混凝土25％￣28％的抗冻临界强度；对哈尔滨地区－3￣－26°C自然变负温条件下，对掺与不掺防冻剂的混凝土性能进行了研究，结果表明，掺3％防冻剂混凝土各龄期强度比不掺防冻剂时提高20％以上。江守恒等［6］研究了掺与未掺防冻剂混凝土预养不同时间冻融后相对动弹模变化，结果表明，掺加防冻剂比未掺防冻剂的混凝土提前48h达到抗冻临界强度。面对高原高寒地区低平均气温、高频冻融、干燥的复杂自然环境和工期紧张的施工条件，针对用水量少、水胶比低（〇．38￣0．42）、维勃稠度4￣10s的干硬性混凝土，在掺加了防冻剂之后其最终性能能否满足设计要求，值得进一步研究。

1试验

1．1原材料

水泥：P042．5低碱水泥。水泥比表面积为325m2／kg，28d抗压强度为50．2MPa，28d抗折强度8．5MPa0细骨料：机制砂，细度模数为3．0，属中砂。粗骨料为花岗质初糜棱岩碎石，分为3种粒径：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，获得的合成级配符合MH5006—2015《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》［7］的粗骨料上下限要求。外加剂：高效减水剂、引气剂、防冻剂。防冻剂混凝土R＿7抗压强度比为39％，R＿7＋28抗压强度比为109％，符合JC町5—2〇〇4《混凝土防冻剂》［8］的合格品要求。

1．2试验内容

（1）直接受冻的负温条件下，对比掺和不掺防冻剂砂浆早期强度，以考察防冻剂的早期强度防冻害效果。砂浆试验需说明的是，砂浆模拟混凝土配合比按照同样的胶材与砂比例进行配制。（2）室内试验研究了防冻剂对混凝土力学性能的影响：对比测试了掺防冻剂混凝土在低温和负温条件下的早期强度，以考察防冻剂混凝土是否需要早期预养。对比测试防冻剂混凝土预养1d、2d的R＿7＋28d混凝土强度，以考察预养时间对防冻剂混凝土的影响。（3）室内模拟现场养护温度，试验测试了防冻剂混凝土力学性能。（4）基于上述室内研究成果，开展防冻剂混凝土性能的现场应用验证。

2试验结果与讨论

2．1砂浆试验

砂浆先在20°C养护6h，再按照表1的养护条件进行养护。砂浆配合比及强度结果见表1。与标准养护（20°C）相比，负温在－5°C下，不掺防冻剂，砂浆抗压强度降低了95％，没有抗折强度；负温在－5°C下，掺防冻剂后，砂浆抗压强度降低了56％，抗折强度降低了68％。由此说明，直接受冻条件下，掺防冻剂是有效的，利于提高早期强度以防冻害；负温对掺防冻剂砂浆抗折强度的影响比抗压强度大。

2．2混凝土试验

分别在负温－5°C和低温5°C的条件下养护混凝土，掺防冻剂的混凝土早期强度试验结果见表2。低温在5°C下，防冻剂掺量3％，其混凝土7d抗压强度达到标准养护的90％、7d抗折强度达到标准养护的83％；负温在－5°C下，即使防冻剂掺量增加至6％，其混凝土7d抗压、抗折强度仅达到标准养护的一半。试验结果表明，与低温相比，在直接受冻的负温条件下，尽管增加防冻剂掺量，早期强度的降低幅度仍较大。由此说明，掺防冻剂混凝土需要一定的早期预养，这样才能更好地发挥防冻剂效果。预养1d、2d防冻剂混凝土强度试验结果见表3，混凝土配合比同表2。试验结果表明，与1d相比，负温在－2°C下预养2d，混凝土抗折强度R＿7提尚了6％，R＿7＋28提尚了19％；负温在－15°C下，混凝土抗折强度K＿7提尚了19％，R＿7＋28提尚了11％。可见，受冻之前预养时间越长，防冻剂混凝土强度越尚。从表3还可看出，要达到标准养护强度的90％，掺防冻剂混凝土需常温预养2d。

2．3防冻剂的现场应用

6．0MPa，满足设计强度5．0MPa要求。2．3．1现场混凝土配合比。2．3．2模拟现场养护的防冻剂混凝土抗折强度。防冻剂混凝土现场施工配合比见表4。从拌合根据现场温度监测结果，浇筑3d内混凝土温楼取样16组混凝土，其混凝土抗折强度平均值为度为10￣24°C，棉被保温期间5？10°C。为了模拟89现场混凝土温度，室内20°C预养3d，再置于现场同条件保温养护。掺防冻剂混凝土抗折强度试验结果见表5。结果表明，与不掺防冻剂相比，掺防冻剂混凝土7d、28d抗折强度明显提高；掺防冻剂的混凝土28d强度超过设计要求5．0MPa，而不掺防冻剂的不满足设计强度要求。由此说明掺防冻剂是有效的；防冻剂掺量即使提高至6％，混凝土抗折强度却没有提高，可见防冻剂掺量3％即可。

3结论

（1）砂浆试验结果表明，不预养、负温受冻条件下，掺防冻剂是利于提高砂浆早期强度；负温对防冻剂砂浆抗折强度影响比抗压强度大。（2）混凝土试验结果表明，掺防冻剂混凝土需要一定的早期预养，使受冻前混凝土具有一定的强度，只有这样才能更好地发挥防冻剂效果。（3）现场应用表明，掺防冻剂的现场混凝土抗折强度满足设计要求，应用效果较好。（4）现场浇筑结果表明：适宜掺量的防冻剂，可延长每天施工时间2h，延长冬季施工工期15d。该试验结果适用于高寒地区、工期较紧的工程，可保证混凝土施工质量和施工进度。

参考文献：

［1］王曦东，董建忠，王利峰，等．防冻剂对混凝土性能影响的研究现状［JL公路交通科技（应用技术版），2013（12）：198－201．

［2］王稷良，孙小彬，杨志峰．防冻组分对水泥混凝土性能的影响研究［JL硅酸盐通报，2014（12）：3331－3337．

［3］刘浪涛，邵式亮，许金余，等？混凝土防冻剂的研究进展［J］？材料导报，2015（13）：105－110．

［4］巴恒静，张惠，赵亚丁．早期受冻对混凝土强度的影响［J］．低温建筑技术，2005（6）：1－3．

［5］巴恒静，杨英姿，冯奇．负温混凝土抗冻性的研究［J］．建筑技术，2002（10）：734－735．

［6］江守恒，董淑慧，朱卫中，等．基于抗压强度的负温混凝土受冻临界强度研究［J］？混凝土与水泥制品，2019（8）：8－10．

［7］中国民用航空局．民用机场水泥混凝土面层施工技术规范：MH5006—2015［S］？北京：中国民航出版社，2015．

［8］中华人民共和国国家发展和改革委员会？混凝土防冻剂：JC475—2004［S］．2004．

作者:邓旭艳 苟万康 丁庆 单位:中国电力建设集团有限公司西南指挥部 中国水利水电第七工程局有限公司 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司