浅谈冬季施工混凝土中防冻剂的应用
摘要：本文分析了混凝土受冻成因及防冻剂的抗冻机理，结合实例探讨了混凝土防冻剂在冬期施工中的应用。 关键词：混凝土防冻剂 冬季施工应用
随着外加剂应用技术日益完善、规范，加之有早强、减水、引气等多种功能的复合防冻剂在工程上的成功使用，使混凝土结构工程在冬季负温下连续浇筑成为现实。但由于抢工期和对负温砼施工特点和技术要求的混凝土受冻等产生的质量缺陷也时有发生，给结构安全使用或外观质量留下缺陷。因此掌握混凝土冻害的成因、在冬季施工中合理使用防冻剂尤为重要。 1 混凝土冻害成因
混凝土是一种多孔性材料，受冻害具有三个重要条件：温度、水、混凝土内部结构孔的空隙状况，三者缺一构不成危害。新浇混凝土中的水可分两部分：一是吸附在组成材料颗粒表面和毛细管中的水，这部分水能使水泥颗粒起水化作用，称为“水化水”；二是存在于组成材料颗粒空隙之间的水，称为“游离水”，它只对混凝土浇筑时的和易性起作用，在某种意义上说，混凝土强度的增长取决于在一定温度条件下水化水与水泥的水化作用及游离水的蒸发。因此，混凝土强度增长速度在湿度一定时就取决于温度的变化。冬期砼施工时，气温低，水泥水化作用减弱，新浇混凝土强度增长明显地延缓，当气温降至0℃以下时，水泥水化作用基本停止，混凝土强度已停止增长。特别是气温降至混凝土冰点温度（新浇混凝土
冰点温度为-0.3℃—-1.5℃）以下时，混凝土中游离水开始冻结，气温降至-4℃时，水化水开始冻结，水化作用停止，冻结后的水体积膨胀约8%-9%，在混凝土内部形成强大的冰胀应力，导致强度尚低的混凝土内部产生微裂缝，同时降低了水泥与砂石和钢筋间的粘结力，导致结构强度和耐久性降低，初期遭受冻结的砼，当气温恢复到正温后，即使正温养护到一定的龄期，也不能达到其设计强度，这就是混凝土的早期冻害。 2 防冻剂的抗冻机理
砼中掺加的防冻剂（复合防冻剂）其主要功能是使砼内的水泥在负温下不断进行水化反应，使砼达到早期强度并在负温下免遭冻害，其作用机理为： 2.1 防冻组分
在负温养护期间，降低水的冰点，使砼内保有液相，防止混凝土早期冻害的措施有两类：一是改善混凝土的内部结构；二是掺防冻剂，降低混凝土的冰点温度，而复合型防冻剂就可以增强、降低冰点，改善内部结构，为砼中的水泥有较长时间进行水化反应提供条件；
2.2 早强组分
在砼内有液相存在的条件下，促使水泥尽快水化，使砼尽早达到临界强度以防冻害； 2.3 减水组分
减水剂降低砼的单位用水量，以减少砼内的游离水含量，还具
有分散作用，使水泥成为更细小的、彼此分离的单个粒子，均匀地分布于水中，从而达到改善混凝土孔隙结构，降低混凝土中可冻水含量，并使冻晶粒度小且分散，以减轻冰的破坏作用； 2.4 引气组分
使砼在搅拌过程中带入空气，形成很多封闭型微气孔，以缓解冰的冻胀应力破坏，提高混凝土的防早期冻害性能。 3 冬季施工砼防冻剂的应用 3.1 冬季施工定义
根据《建筑工程冬期施工规程》jgj104-97规范规定，当室外平均气温连续5天稳定低于5℃即进入冬期施工。在混凝土中掺入防冻剂（复合防冻剂）与经加热的砼原材料一起搅拌而成的砼浇筑成型后，在裸露的砼表面做适当的保温覆盖，使砼在负温养护期硬化，并在规定的时间内达到一定强度。 3.2 防冻剂的选择原则 3.2.1 掺量控制
防冻剂是氯盐溶液配制而成，掺量过大会使钢筋产生电化锈蚀，造成铁锈膨胀，使混凝土产生裂缝，随着时间的推移，裂缝会越来越大，最后使钢筋周围的混凝土保护层完全脱落，使钢筋裸，危及结构安全。例如钢筋混凝土墩柱，冬季施工中由于掺入过量的防冻剂，又没有加入相应的阻锈剂，使受力主筋保护层脱落，经过十余年的锈蚀过程，原直径25mm的受力筋经除锈仅剩下18mm。为避免或减轻氯盐对钢筋的锈蚀，在掺入防冻剂的同时掺入阻锈剂，目前
常用的阻锈剂为亚钠。相反掺量不足，会使混凝土早期受冻。所以防冻剂掺量必须与气温变化相适应，按固定比例配制混凝土，才能收到预期效果。 3.2.2 正确选择防冻剂
防冻剂需经省级以上建设行政主管部门认可，目前防冻剂种类-5℃、-10℃、-15℃三种，规范jc475-2004《混凝土防冻剂》中规定，检测合格的品种，可比规定温度低5℃条件下使用。 3.3 防冻剂的应用
3.3.1 使用防冻剂要注意掺加方法
掺防冻剂混凝土的原材料必须符合冬施要求。所用水泥应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于425#，严禁使用高铝水泥。对于防冻剂中含有不溶物或溶解度小的盐类，必须以粉状与水泥一起掺加。需配成溶液使用时，应使充分溶解并搅拌均匀，并控制其浓度和每次加入量。如果采用复合型防冻剂时，要考虑它们的共溶性。若不共溶，应分别配成溶液后，分别加入混凝土中。为加速溶解，可采用40～60℃的热水配制成溶液后，分别加入混凝土中。以粉状加入的防冻剂，如有受潮结块，应磨细通过0.63mm筛后方可使用。
3.3.2 防冻剂混凝土搅拌时间应比不掺防冻剂的延长50%，从而保证防冻剂在混凝土中均匀分布使混凝土强度一致。尽量缩短运输和浇灌时间。为了提高混凝土早期强度，混凝土入模温度不得低于一5℃。冬期施工混凝土振捣应用机械振捣，振捣时间比常温时有
所增加。
3.3.3 采用复合型防冻剂中有引气剂混凝土应采用负温法养护，不能采用蒸汽养护。采用蒸汽养护不但降低它的强度，而且还降低它的耐久性。混凝土浇灌完后，立即对外露面进行覆盖，并不得浇水。初期养护温度不得低于防冻剂的规定温度。当混凝土的温度降到防冻剂规定温度以下时，压一组同条件试块，依据规范jgj104-97《建筑工程冬期施工规程》7.1.1.2规定，掺用防冻剂的混凝土，当室外最低气温不低于-15℃时不得小于4.0mpa，当室外最低气温不低于-30℃，不低于5.0mpa，否则必须采用保温措施。 3.3.4 混凝土质量控制方法
采用复合型防冻剂混凝土质量控制方法是制作一定数量混凝土试块进行强度试验。其中一组试件是标准养护试件，其余为同条件养护试件，在达到临界强度、拆模支撑前试压，及同条件养护28天再标养28天再进行试压。抗冻、抗渗所用试件，均应同条件养护28天，再标准养护28天，进行试验。 4 案例
根据工期安排，xxxx地下站主体工程进行了冬季施工，根据施工记录工程控、底板c35混凝土，当时室外温度-15℃，混凝土入模温度3.5℃，3天同条件养护试件强度8.2mpa，达到设计强度23.5%，标准养护试件强度6.4mpa，达到设计强度18.3%；7天同条件养护试件强度14.5mpa，达到设计强度41.5%，标准养护试件强度19.6mpa，达到设计强度56.0%；28天同条件养护试件强度
38.0mpa，标准养护试件强度42.2mpa，保证了施工质量，保证了施工进度，取得了良好的经济效益和社会效益。
