防冻组分对负温混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 1 8 防冻组分对负温混凝土性能的影响 宋 东升 ，戴民 。 ，盖永丰 。 ，张景丽 ，辛运来 ( 1 沈 阳泰 丰特种混凝土有限公司 ，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 2 ；2 沈阳建筑大学 ，辽宁 沈 阳 l 1 0 1 6 8 ； 3 沈阳产 品质量监督检验 院，辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 2 ；4 沈阳新世界 混凝土有 限公 司，辽宁 沈 阳 1 1 0 0 0 2 ) 摘要： 为明确防冻组分对混凝土性能的影响， 改变亚硝酸钠、 硝酸钙、 乙二醇占混凝土拌合水量的百分比， 测试了三种防冻组分不同 掺量时混凝土的流动性及不同养护条件下的抗压强度比。 结果表明， 亚硝酸钠 、 硝酸钙对混凝土初始坍落度影响不大， 随掺量增加 ， 3 0 mi n 坍落度损失增加， 乙二醇可明显降低混凝土 3 0 mi n 坍落度损失； 三种防冻组分均明显提高混凝土冻后强度， 亚硝酸钠、 硝酸钙对混凝土标 准养 护强度影 响不 明显 ， 乙二醇可提高混凝土标准养护强 度。 关键词： 防冻剂；亚硝酸钠；硝酸钙；乙二醇 中图分类号 ： T U5 2 8 O l 文献标志码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 5 5 0 2 I n f l u e n c e o f a n t i - f r e e z i n g c o mp o n e n t s o n t h e p e r f o r ma n c e s o f c o n c r e t e S ONG Do n g- s h e n g ， DAIM i n ， GAIYo n g- f e n g3 , Z HAN G J i n g - l i 4 , XI N Yu n一 ( 1 S h e n y a n gT a i f e n g S p e c i a l Co n c r e t eC o mp a n y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 2， C h i n a ； 2 S h e n y a n g J i a n z h uUn i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ， C h i n a ； 3 S h e n y a n gP r o d u c t Q u a l i tyS u p e r v i s i o n a n dI n s p e c t i o nI n s t i t u t e ， S h e n y a n g 1 1 0 0 2 2 ， C h i n a ； 4 S h e n y a n g Xi n s h ij i e S p e c i a l C o n c r e t e C o mp a n y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S o d i u m n i t r i t e ， c a l c i u m n i t r a t e a n d g l y c o l we r e d o p e d i n t o c o n c r e t e r e s p e c t i v e l y ， a n d t h e fl u i d i ty a n d the c o mp r e s s i o n s t r e n g t h r a t i o o f c o n c r e t ewe r et e s t e dTh e r e s u l t s i nd i c t ed tha t thep r i ma r y s l u mpwa s a ffe c t e dh a r d l yb yd o pi n g s o d i u m n i t r i t e a n dc a l c i u m n i t r a t e ， t h el os so f3 0mi n s l um p wa s o n the i n c r e a s e wi t h t h e d o s a g e o f the t wo c o mp o n e n t s ， a n d o n the d e c r e a s e wi t h the d o s a g e o f g l y c o 1 I n a d d i t i o n， the c o mp r e s s i o n s t r e n g t ho f c o n c r e t efro z e nwa si mp r o v e d o b v i o us l yb yd o p i n gt h ethr e e a n t i fre e z i n g c o mpo n e n t s ， an dth e c o m p r e s s i o n s t r e n g t hwi t h s t an d a r d c u r - i ng wa s i mp r o ve d b y do p i n g gly c o l b u t s o d i u m ni t r i t e an d c a l c i u m n i t r a t e Key w o r ds ： a n t i fre e mn g a g e n t ； s od i u m n i t r i t e； c a l c i u m n i t r a t e ； g l y c o l 0 引言 液体， 固 含量 0 ， 减水率大于2 o 。 北方地区每年有近 1 3的时间为混凝土工程的冬季施工期， 在混凝土中掺加防冻剂是目前混凝土冬季施工常采用的方法 。 混凝土防冻剂往往复合了减水 、 早强、 防冻、 引气等组分， 以防 止混凝土在负温下因冻涨而产生结构损伤， 转入正温后混凝土 强度能够继续增长并达到设计强度要求。 其中防冻组分是防冻 剂的关键组分 ， 可降低混凝土孔 中水溶液的冰点 ， 在一定范围 内， 冰点随溶液浓度的增加而降低。 早期防冻剂的设计 ， 单纯考虑 溶液冰点的降低 ， 防冻剂的掺量较大， 不经济。 前苏联学者研究 发现负温混凝土中可充许有一部分水结冰， 而混凝土结构并不 会受到损伤嗍， 可根据最佳含冰率来确定防冻组分的浓度 ， 有效 地降低了防冻剂的掺量。 本研究以亚硝酸钠 、 硝酸钙、 乙二醇为 防冻组分 ， 探讨其不同掺量对混凝土流动性及强度的影响。 1 碌 槠 科 本研究以亚硝酸钠 、 硝酸钙及乙二醇为防冻组分， 均为分 析纯的化学试剂 ； 水泥为冀东 P O 4 2 5级水泥； 细集料为沈阳 周边地区的坑砂 ， 含泥量 3 ， 细度模数 2 3 ； 粗集料为碎石 ， 石 灰石材质， 5 3 1 5 mm连续级配。 减水剂为脂肪族高效减水剂， 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J D 2 - 2 1 2试 验 试验过程基本参照 J C 4 7 5 -2 0 0 4 ( 混凝土防冻剂 进行， 该 标准中基准混凝土与受检混凝土的用水量由控制拌和物坍落度 为( 8 0 1 0 ) mm 时所需用水量确定 ， 因此基准混凝土与掺加防冻 剂的受检混凝土的水灰比可能不相同， 对评价单一组分在负温混 凝土中所发挥的作用有可能造成影响， 另外预拌混凝土多采用泵 送浇筑施工， 要求混凝土有很高的流动性， 防冻组分常与减水组 分复合使用， 因此， 了解防冻组分在大流动性混凝土中的作用更 具现实意义。 故本试验所用水灰比为固定值， 在基准混凝土与掺防 冻组分混凝土中均外掺占水泥质量 1 5 的脂肪族高效减水剂， 基 准混凝土配合比： 水泥为 3 9 0k g m ； 砂子为 7 9 6 k g m ； 碎石为 1 0 3 9 k g m ； 水为 1 7 5 k g m ； 脂肪族高效减水剂为 5 8 5 k g m 。 试 验 中负温养护 温度为 一 l 5 ， 该温度下 亚硝 酸钠 、 硝 酸 钙 、 乙二醇水溶液的冰点溶解度为 6 g 1 0 0 g水、 4 8 g 1 0 0 g 水 、 4 2 9 g 1 0 0 g 水嘲 。 实际工程及J C 4 7 5 -2 0 0 4 ( 昆 凝土防冻剂 中都 要求混凝土入模温度大于 5 ， 混凝土在受冻之前有正温水化 期， 消耗了一部分水， 并且根据最佳含冰率理论， 混凝土中允许 有一定量的冰存在 ， 因此在混凝土拌和初期水中的防冻组分浓 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 度可小于相同温度下的冰点浓度， 故试验中对于亚硝酸钠、 硝酸 钙 ， 安排了低于冰点的掺量。 混凝土中少量掺加乙二醇可提高早 期度， 但掺量过大， 可造成严重的缓凝 ， 根据经验 ， 试验 中乙二 醇的掺量均远低于冰点溶解度。 本试验的防冻组分掺量按用水 量 的质 量百分 比掺加 ， 具体掺量见 表 1 。 表 1防冻 组分掺量 防冻组分 占混凝土拌合用水的质量分数 3 结果与分析 3 1 防 冻组分 对混 凝 土流动 性 的影 响 为满足混凝土的泵送施工 ， 通常要考虑混凝土的初始坍落 度和坍落度经时损失， 虽然负温混凝土在负温下养护 ， 但在搅 拌及运输过程中保持正温， 因此明确混凝土中掺加防冻剂后流 动性的变化规律， 对于保证混凝土的工作性具有重要意义。 掺加 亚硝酸钠的混凝土， 初始坍落度有年提高， 3 0 mi n坍落度损失较 大 ， 见图 1 ( a ) 。 反应 了混 凝土拌和早期 亚硝酸钠对 混凝 土的塑 化作用6 】 ， 另外 ， 亚硝酸钠提高了混凝土 的碱度加速 了 C A的溶 解， 从而生成更多的钙矾石 ， 导致流动性下降。 掺加硝酸钙的混 凝土， 其初始坍落度变化不明显， 3 0 mi n坍落度损失随掺量增加 而明显增大， 见图 1 ( b ) 。 产生这一现象， 可能是由于硝酸盐与水 化铝酸钙反应生成硝铝酸盐的结果。 乙二醇作为一种非离子型 表面活性剂， 吸附在水泥颗粒表面 ， 可以使水泥颗粒更好地在 溶液中分散， 同时也降低了水向水泥颗粒扩散的速度 ， 起到了 一 定的缓凝作用， 故而掺加乙二醇的混凝土初始坍落有所提高 ， 而 3 0 mi n坍落度损失大大降低， 并随乙二醇掺量的增加 ， 这种 现象越显著 ， 见图 1 ( C ) 。 56 亚硝 酸钠 掺量 ， ( a ) 亚硝 酸 钠 硝 酸钙掺 量 f b 1 硝 酸 钙 乙二醇掺 量 ( c ) 乙二醇 图 1 混凝 土坍落度 3 2 防冻组分对混凝土强度的影响 防冻组分除了可以降低混凝土中溶液的冰点以外， 还可以 破坏冰的晶体结构， 降低结晶应力， 从而减小对混凝土结构的 损伤。 在防冻组分的综合作用下， 混凝土可以在负温期继续水化， 并在转 入正温 以后 ， 强度持续 发展 ， 最终 强度 达到建筑 结构对 混凝土 的力学性 能要求 。 现行标 准中以不同养 护条件下混凝土 的抗压强度比( R 7 、 R 2 8 、 R 一 7 + 2 8和 R 一 7 + 5 6 ) 来反映防冻剂对 混凝土强度的影响。 图2 ( a ) 、 ( b ) 为亚硝酸钠、 硝酸钙不同掺量时， 混凝土不同养护条件下的抗压强度 比变化情况。 可以看出， 亚 硝酸钠、 硝酸钙对混凝土强度的影响规律很相似 ， 掺加防冻组 分的混凝土， R 2 8变化不大， R 一 7 、 R 一 7 + 2 8和 R 一 7 + 5 6均大于基 准混凝土 ， 说 明亚硝酸钠 、 硝 酸钙在负温 下可 明显 缓解混凝 土 的受冻情况 ， 并随掺量 的增加混凝土的强度得 到更好 的发展 ， 达 到或超过基准混凝土。 在水灰比相同的条件下出现这下情况， 可能是由于负温期在防冻组分作用下， 混凝土中依然存在一定 量的活性水分， 使 昆 凝土持续水化， 但水化速度比较缓慢 ， 水化 产物尺寸较小 ， 便于分散 ， 晶粒细化， 晶体结构更趋完整 ， 晶界 增多 ， 宏观表现为后期强度超过基准混凝土。 1 20 琶 l O O 羞8 0 篓6 0 40 20 O I 2 3 4 5 6 7 亚硝酸钠 掺量 f a ) 掺亚 硝 酸钠 混 凝土 1 2O 芝 1 O O 丑8 0 美6 0 4 0 辖 2 O 0 l 2 3 4 5 6 7 硝酸钙掺量 f b ) 掺硝 酸 钙混 凝 土 1 20 11 0 10 0 9 0 皤8 0 是7 0 6O 5 0 乙 二醇掺量 ( c ) 掺 乙二醇 混凝 土 图 2抗压强 度比曲线 试验 中 ， 掺乙二醇 的混凝土 ， 在规定 的预养时间内强度太低 无法折模， 其后的养护均为带模养护， 整个负温养护期内表面看起 来强度无明显变化， 无法取得 R _ 7 数据， 其余数据绘于图2 ( c ) 中。 可以看出， 乙二醇能够提高混凝土标养及冻后强度， 原因在于乙二 醇可以使水化产物细化， 分散均匀， 其强烈的缓凝作用， 使混凝土 强度发展缓慢， 但晶体结构更加完整， 最终获得比基准混凝土更高的 后期强度。 若防冻剂中复合乙二醇， 应注意其掺量， 防止过度缓凝。 4结 论 ( 1 ) 适量掺加亚硝酸钠 、 硝酸钙对混凝土初始坍落度无明 下转第 6 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 80 7O 6 0 5 0 想 4 0 30 20 1O 1 2 3 4 5 7 1 0 1 4 2 8 龄期 d 图7 碳酸盐掺合料的掺量对混凝土抗压强度影响 3结 论 与矿渣 、 粉煤灰等活性掺合料相比， 碳酸盐掺合料能够提 高混凝土的早期抗压强度和弹性模量， 但后期强度和弹性模量 接近； 养护温度对弹性模量的影响程度比抗压强度显著， 掺碳 酸盐掺合料混凝土的弹性模量随养护温度的提高而提高 ， 而养 护温度能够提高 l O d前混凝土的抗压强度。 对于 D 5 0 为 5 6 Ix m 的碳酸盐掺合料， 随着碳酸盐掺合料的增加， 混凝土抗压强度 上接第 5 6页 显影响， 3 0 mi n坍落度损失略有增加。 ( 2 ) 乙二醇会使混凝土初始坍落度略有增加， 随掺量增加， 混凝土 3 0 mi n坍落度损失减小。 ( 3 ) 相同水灰比条件下， 亚硝酸钠、 硝酸钙可明显提高混凝 土冻后强度， 但标准养护时， 对混凝土强度影响不明显。 ( 4 ) 乙二醇具有缓凝作用， 混凝土的抗压强度比R 2 8 、 R - 7 + 2 8 和 R 一 7 + 5 6均超过 1 0 0 。 参考文献 ： 1 吕宝玉， 单大力 ， 赵霄龙 有关防冻泵送剂的若干思考 J 1 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 9 ) ： 1 4 1 6 【 2 】 冯浩 混凝土防冻剂的发展及其重分类探讨IJ J _ 1 氏 温建筑技术 ， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 5 4 5 7 上接第 5 8页 2 试验数据分析 分析混凝土强化过程初期收缩应变数据 ， 有几个 明显 的规 律值得注意 ： ( 1 ) 素混凝土的收缩应变与水灰比成反比， 这与许多研究 人员的理论分析相符合1 _ 2】 。 ( 2 ) 实验室条件下 ， 初凝阶段和终凝之前的收缩与后期收 缩比较 ， 并非剧烈 ， 而是在整个强度上升初期以较均匀的速度 收缩， 这与人们的直观判断是不附的。 ( 3 ) 通 常认 为混凝 土的表面失水是造成早期裂纹 的主要 因 素， 因此， 表面收缩应大于内部收缩 ， 然而实验室条件下的数据 却显示内外收缩是一致的， 收缩的主因应是混凝土水化过程中 的体积缩小。 ( 4 ) 高强混凝土收缩小于低强混凝土， 这也与工程中钢筋 混凝土的实际情况形成明显差别， 由此可推测高强钢筋混凝土 的开裂应与钢筋分布有关 。 从 C 2 0混凝土 7 d的收缩应变数 值可以料想 ， 高达 2 0 0 8的应变 ， 如果混凝 土的收缩受到钢筋 约束， 混凝土中将产生较大的拉应力 ， 此时的混凝土强度是难 降低， 但在 1 5 范围内， 混凝土抗压强度降低的程度较小， 该试 验条件下碳酸盐掺合料最佳掺量宜在 1 5 以内。 参考文献 ： 1 】ME HT A P K A d v a n c e me n t s i n c o n c r e t e t e c h n o l o g y J C o n c r e t e I n t e ma - t i o n a l ， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 2 吴中伟 ， 廉 慧珍 高 性能 混凝土 M】 北 京 ： 中 国铁道 出版 社 ， 1 9 9 9： 3 7 6 - 3 78 3 3 崔洪涛 超磨细石灰石粉掺合料混凝土性能的研究 D 】 重庆： 重庆大学 4 l 陈剑雄， 李鸿芳， 陈寒斌石灰石粉超高强高性能混凝土性能研究f J 1 施工技术， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 4 ) ： 2 7 【 5 】李晶 石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究【 D 1 _ 大连： 大连理 工大学， 2 0 0 7 6 何智海， 刘运华， 刘江红 石灰石粉对水泥基材料性能的影D NJ 粉煤 灰 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 6 2 8 作者简介 联 系地址 联系电话 李化建( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 博士， 副研究员。 北京市海淀区大柳树路 2 号 中国铁道科学研究院铁建所 ( 1 0 0 0 8 1 ) 01 0 5 1 8 7 4l 8 3 【 3 何廷树 混凝土外加剂 M 西安： 陕西科学技术出版社， 2 0 0 4 ： 1 7 7 1 7 9 【 4 J K Y 3 B MH H E R 结冰对掺防冻剂混凝土强度的影响 J 1 _ 史同德 ， 译 低温建筑技术 ， 1 9 8 0 ( 1 ) ： 6 1 6 4 5 】 刘光启， 马连湘， 刘杰 f 匕 学化工物性数据手册 M 北京： 化学工业出 版社， 2 0 0 2 ： 5 4 2 6 4 1 【 6 】 唐明， 邱睛， 王博 现代混凝土外加剂及掺合料【 M J 沈阳： 东北大学出 版社 ， 1 9 9 9 ： 7 7 8 4 作者简介 联 系地址 联 系电话 宋东升 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 硕士 ， 主要从 事预拌混凝 土 的研究 及应用 。 沈阳市 D 平区三好街8 7 号五里河城 S O H O 楼 2 2 层( 1 1 0 0 0 2 ) 0 2 4 23 7 8 5 6 8 2 以抵抗的， 产生裂纹释放应力是符合物理本质的 5 1 。 总之， 准确掌握混凝土的收缩规律以及量值， 在实际工程 中抓 住主要矛盾 ， 根据实 际情 况采取合理措 施 ， 混凝土 的早 期 裂纹控制才能真正得以实现。 参考文献 ： 【 1 黄土元混凝土早期裂纹成因及防治【 J j -混凝土， 2 0 0 0 ( 7 ) ： 3 5 2 】马丽媛 高强混凝土收缩开裂研究【 D 】 北京 ： 中国建筑材料科学研究 院 ， 2 0 0 1 【 3 康贵春 预拌混凝土水平结构施工早期裂纹控制初探 J 1 工程质量， 2 0 0 2： 4 9 51 【 4 罗奖园 冈 筋混凝土结构的裂纹控制思想与结构设计新方法 M 2 0 0 2 5 】陈金湖， 李金炎码头现浇混凝土面层裂纹控制方法与实践【 J J 水道 港口， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 3 7 8 3 8 0 作者简介 联 系地址 联系电话 蔡传国( 1 9 5 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 硕士， 主要从事施工及试 验研究。 南京光华 1 - 3 9b 海福巷 1 号 应用力学教研室( 2 1 0 0 0 7 ) 1 3 9 1 39 5 02 9 8 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m