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带你了解混凝土受冻原理及混凝土防冻剂的应用

编辑:永利402com官方网站   发布时间:2019-11-5?

   自古以来,南北方差异存在于我们衣食住行的各个方面,在混凝土建筑领域,也存在着南北方的差异。这很大一部分原因在于我国南北跨度大,混凝土施工受温度的影响。在冬季,环境温度低,但由于工程周期,许多工程还是会选择在冬期施工。但在冬季施工,如不采取有效措施或措施不当,混凝土易遭受冻害,造成工程事故。在混凝土工程的冬期施工方法中,掺加防冻剂是一个很好的选择,通过掺加防冻剂可使冬期施工工艺操作简单,保证工程质量,节省能源和附加设施,降低冬期施工的工程造价。因此,了解混凝土冻害的机理和规律,熟悉混凝土防冻剂的作用机理及其使用方法,对保证工程质量、实现全年均衡施工具有十分重要的意义。
  1混凝土冻害机理分析
  混凝土拌和物浇筑后之所以能逐渐凝结硬化,直至获得最终强度,是由于水泥的水化作用。水泥水化速度除与混凝土组成材料和配合比有关外,还与外界温度密切相关。当温度升高时水化加快,强度增长加快,当温度降低到0℃度时,存在于混凝土中的水有一部分结冰,导致水泥水化减慢,强度增长相应变慢。温度继续降低,当混凝土中的水完全变成冰时,水泥的水化基本停止,此时混凝土的强度也不会再增长。水变成冰后体积约增大9%,同时产生约2.5MPa的膨胀应力,这个应力往往大于混凝土内部形成的初始强度值,使混凝土受到不同程度的破坏。此外,水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌,减弱水泥浆与骨料、钢筋的黏结力。冰凌融化后,还会在混凝土内部形成各种空隙,降低混凝土的耐久性。
  冬期施工当混凝土强度达到某一界限值时,由于结构已初步形成,具备了抵抗冻胀破坏的能力,混凝土再受冻亦不会被冻坏,这一强度称做混凝土的抗冻临界强度。抗冻临界强度的提出是混凝土冬期施工理论的一个重大突破,也是制定混凝土冬期施工措施的重要依据。混凝土冬期施工的关键就是要使混凝土尽快达到抗冻临界强度。防冻剂的作用在于降低拌和物冰点,细化冰晶,混凝土在负温下保持一定数量的液相水,使水泥缓慢水化,混凝土达到抗冻临界强度。


混凝土冬季施工防冻剂应用



  2防冻剂的组分及作用机理
  防冻剂是根据混凝土冻害机理,结合抗冻临界强度、最优成冰率、冰晶形态转化等理论,总结长期冬期施工实践研制的,一般由四种成分组成。
  1)防冻组分
  防冻组分是一种使混凝土拌和物在负温环境下不受冻害的化学物质。许多无机盐和有机物都有防冻功能。大部分无机盐水溶液(如亚硝酸钠、氯化钠)与水有很低的共熔温度,具有能降低水的冰点、使混凝土在负温下仍在进行水化的作用。在使用防冻剂时必须保持无机盐足够大的浓度,否则仍然会造成冻害。目前除了应用无机盐作为防冻组分外,有机防冻组分(如有机醇类、三乙醇胺等)也开始大范围使用。有机组分既能降低水的冰点,也能使冰的晶格构造严重变形,无法形成冻胀应力,从而破坏水化矿物构造使混凝土强度受损。
  2)早强组分
  早强组分主要作用是加速混凝土的凝结硬化,使之尽快达到抗冻临界强度,增强混凝土抵御冻害的能力。更重要的是,早期的水化反应速度的加快,可使混凝土内大部分自由水变成不结冰的化合水,从而减少混凝土的冻害。
  3)减水组分
  减水组分的主要功能是:减少拌和水,从而减少游离水总量,从根本上减少可冻冰的含量,消除冻胀内因。减水成分可以释放包裹水,消除劣质水泡,使粗大冰晶转化为细小冰晶,优化水泥水化环境,减轻胀冻压力。换句话说,减水就意味着提高强度,就是提高混凝土的抗冻能力,同时也提高了混凝土的密实度,较大降低了自由水对混凝土形成的冻害,细化了毛细孔隙,对降低液相冰点有促进作用。
  4)引气组分
  掺加适量引气组分,可以在混凝土拌和过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的极性微气泡。这样既可以切割、封闭混凝土内的连通孔道,减轻冻胀时的裂纹扩展,又可以起到膨胀“缓冲器”的作用,吸收冰晶膨胀应力,减轻冻害。


防冻剂使用方法


  3防冻剂的正确使用
  混凝土冬期施工方法有很多,一般情况下应优先选用蓄热法,如果经热工计算蓄热法不能达到要求时,要考虑掺加防冻剂。掺防冻剂经常与蓄热法一起应用,利用混凝土的初始热量及水泥在水化过程中释放出来的热量,加快混凝土强度的增加。掺防冻剂时会对混凝土的耐久性产生不同程度的影响,应该在满足混凝土初期养护温度可以达到受冻临界强度的前提下,尽量减少外加剂的掺量。
  还应考虑结构本身的要求,如氯盐对钢筋有锈蚀作用。在钢筋混凝土工程和预应力混凝土工程中,可掺用无氯盐的防冻剂。在高湿度、高温度环境中使用的结构中,在与酸、碱等侵蚀性介质相接触的结构中,掺用氯盐阻锈类防冻剂等。
  防冻剂的选用必须正确理解“使用温度”。任何一种符合标准的防冻剂产品,都有一个明确的“使用温度”,即在环境温度降到“使用温度”前混凝土必须达到抗冻临界强度,否则混凝土有可能被冻坏。混凝土的“使用温度”越低,说明该防冻剂防冻效果越好,混凝土越有更多的时间来增长强度,达到抗冻临界强度的可能性就大大增加。
只有深入了解了混凝土的受冻机理和防冻剂的作用机理,才能使各类防冻剂得到高效正确的使用,才能加快施工进度,保证工程质量。


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