談液體低堿無(wú)氯早強(qiáng)防凍劑的研究與應(yīng)用

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[ 摘要] 介紹了液體低堿無(wú)氯早強(qiáng)防凍劑的基本組分、作用機(jī)理及其相互作用效果，解決了液體防凍劑在低溫下結(jié)晶或沉淀的問(wèn)題，驗(yàn)證了防凍劑中添加引氣成分無(wú)明顯效果，該早強(qiáng)防凍劑只需摻加約1%(折算成固體)就可實(shí)現(xiàn)在-15℃以內(nèi)進(jìn)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(diǎn)，寒冷的冬季氣候?qū)炷凉こ痰馁|(zhì)量影響很大。新澆筑的混凝土對(duì)溫度非常敏感，在低溫條件下混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)相當(dāng)緩慢。如果混凝土溫度降至水的冰點(diǎn)以下，水泥水化反應(yīng)停止，而且，混凝土一旦凍結(jié)，即使其后給以適宜的溫度養(yǎng)護(hù)，也會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性等性能帶來(lái)不利影響，貽害未來(lái)。

早強(qiáng)防凍劑能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠的防凍強(qiáng)度。資料顯示，目前國(guó)內(nèi)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(fù)合物。這些防凍劑均能降低水的冰點(diǎn)，并能使混凝土在負(fù)溫下發(fā)展強(qiáng)度，但它們摻量均較高，對(duì)混凝土的耐久性等會(huì)產(chǎn)生不同程度的不利影響，如C1- 導(dǎo)致鋼筋銹蝕，K+、Na+ 產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)，混凝土絕緣性下降，表面產(chǎn)生鹽析長(zhǎng)毛現(xiàn)象，有些防凍劑還能釋放出NH3 等有毒氣體，對(duì)室內(nèi)環(huán)境造成嚴(yán)重污染等。因此解決以無(wú)機(jī)鹽為主要成分的防凍劑存在的問(wèn)題，研究低摻量低堿無(wú)氯早強(qiáng)防凍劑對(duì)發(fā)展綠色高性能混凝土具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基本成分及其作用機(jī)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(yīng)，而是起催化作用，能加速水泥中C3A 水化形成鈣礬石的過(guò)程，從而使混凝土在較短的時(shí)間內(nèi)形成強(qiáng)度骨架，盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土抵御凍害的能力。同時(shí)水泥早期的快速水化，使混凝土內(nèi)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(shù)量。

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

1.2 促凝早強(qiáng)組分

該組分能使混凝土在較低的環(huán)境溫度下，促進(jìn)水泥的水化進(jìn)程，在單位時(shí)間內(nèi)形成較多水化產(chǎn)物，并參與水泥的水化作用，與水化鋁酸鈣反應(yīng)產(chǎn)生不溶于水的絡(luò)合物，形成強(qiáng)度骨架，縮短初、終凝時(shí)間，加快早期強(qiáng)度的發(fā)展，使混凝土在盡可能短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度，從而減少因突然降溫對(duì)混凝土造成凍害的可能性。與三乙醇胺協(xié)同作用，早強(qiáng)效果更顯著。

1.3 防凍組分

該組分同時(shí)具備三個(gè)作用：①早強(qiáng)作用，它能加速水泥的水化，迅速減少可凍水的數(shù)量，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的快速發(fā)展，從而使混凝土在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度，減少因突然降溫對(duì)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(diǎn)，使混凝土在一定負(fù)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(gòu)造嚴(yán)重變形，因而無(wú)法形成凍脹應(yīng)力而破壞水化礦物構(gòu)造，使混凝土強(qiáng)度受損。另外，該組分能使防凍劑用量不足時(shí)，使混凝土在負(fù)溫下雖然強(qiáng)度停止增長(zhǎng)，但在轉(zhuǎn)正溫后對(duì)最終強(qiáng)度無(wú)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(guò)3%的萘磺酸鹽甲醛縮合物與氨基磺酸鹽的復(fù)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(fù)合緩凝劑的情況下能保持混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時(shí)損失比較小，從而避免影響混凝土的正常輸送和早期強(qiáng)度發(fā)展；③能使液體外加劑在較低的環(huán)境溫度下，不產(chǎn)生結(jié)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(tǒng)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(dá)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(nèi)因)的數(shù)量，防凍組分在水中的濃度也提高了，水的冰點(diǎn)進(jìn)一步降低，同時(shí)細(xì)化了毛細(xì)孔徑，從而降低毛細(xì)管水的冰點(diǎn)，保證了水泥正常水化的進(jìn)行，增強(qiáng)混凝土的防凍能力。