摘要：介紹了一種適于我國西北地區(qū)混凝土冬季施工用的復(fù)合型防凍劑（QF 型）。它由防凍組分、引氣組分、高效減水組分及減水劑改性組分四部分組成，摻量為水泥質(zhì)量的3%~4%，可起到減水、早強、防凍及抗凍的作用。
關(guān)鍵詞：混凝土防凍劑；冬季施工；高效減水劑；引氣劑；保塑劑
中圖分類號：TU528.042 文獻標識碼：B 文章編號：1000- 4637（2006）04- 23- 03
0 前言
甘肅省蘭州市地處西北地區(qū)，每年有3~5 個月的時間處于冬季施工的氣候條件。因此，混凝土冬季施工的技術(shù)問題就成了建筑業(yè)面臨的現(xiàn)實而必須解決的問題。
混凝土在負溫或低溫下施工的一個重要問題是強度發(fā)展非常緩慢，且負溫可引起水的相變而使體積膨脹，從而使混凝土遭受極為嚴重的破壞。混凝土受凍破壞概括起來有以下四個不同階段。
（1）初齡受凍。即混凝土在初凝前受凍。解凍后對其后期強度的發(fā)展無明顯影響。
?。?）幼齡（初凝- 終凝期間）受凍。此時混凝土已初步形成結(jié)構(gòu)，受凍可能使結(jié)構(gòu)遭受不可恢復(fù)的損壞，從而使混凝土后期強度損失30%~40%。
（3）成齡受凍。此時混凝土的強度已經(jīng)達到能抵抗受凍破壞的程度，即已經(jīng)形成臨界強度，其后期強度可以沒有損失或損失最多不超過5%，且耐久性也不會降低。
?。?）后期受凍。即混凝土已達到設(shè)計強度后的受凍，這實質(zhì)上已屬于混凝土抵抗凍融作用的耐久性問題。
對于冬季施工來說，主要是解決前三種受凍，一個總的目標就是使新拌混凝土澆注后能夠安全地度過第一種、第二種受凍模式而形成較理想的第三種受凍狀態(tài)，保證混凝土強度在受凍前能達到臨界強度。
1 QF 復(fù)合防凍劑的研制
1.1 研制方略
近年來，國內(nèi)外防凍劑正向低摻量、高性能和低堿的方向發(fā)展。據(jù)此，我們確定了多組分復(fù)合的方案，采用四種具有不同功能的組分來配制高效防凍劑。這四種組分為：防凍組分、高效減水組分、引氣組分以及高效減水劑的改性組分。
?。?）防凍組分的作用是降低混凝土中水的冰點，使混凝土在負溫下仍能進行水化反應(yīng)。
?。?）高效減水組分的作用是大幅度降低用水量并增加混凝土坍落度。這樣，與不摻高效減水劑的相同坍落度混凝土相比其強度可提高1~2 個等級，同時可加速混凝土初期強度的增長。
（3）引氣組分的作用是改善混凝土的和易性，減少拌合物的離析、泌水，特別是還可以提高混凝土的耐久性和抗凍性。但要特別注意的是，混凝土中的引氣組分如果含量過高，會使混凝土的強度明顯降低。
?。?）高效減水劑改性組分的作用是利用疊加效應(yīng)的原理，使高效減水劑的作用得到最大程度的發(fā)揮。同時，高效減水劑改性組分還可以調(diào)節(jié)、控制坍落度損失，使混凝土在所需要的時間段內(nèi)保持良好的流動性和可泵性（因此也稱為保塑劑）。
1.2 QF 復(fù)合防凍劑的組分及配方
（1）高效減水劑及其改性劑
萘系高效減水劑雖然質(zhì)量穩(wěn)定、減水效率高，但存在價格貴、坍落度損失大、與水泥適應(yīng)性差等缺點。有必要對其進行改性研究。根據(jù)萘系減水劑的性質(zhì)，在以前研究混凝土防凍劑的基礎(chǔ)上，我們選取改性劑E 分別對對QJ- Ⅱ液體高效減水劑和UNF- 3 粉劑高效減水劑進行了改性研究。表1 和表2 為不同改性劑摻量
下高效減水劑的作用效果，由此可選定適宜的摻量。
（2）引氣劑
眾所周知，在相同溫度下，混凝土中大孔內(nèi)的水較小孔內(nèi)的水容易結(jié)冰。因此，如果我們能夠使混凝土內(nèi)的大孔數(shù)量降低，小孔數(shù)量增多，那么就可以大大降低由于水結(jié)冰而產(chǎn)生的凍脹作用對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高混凝土的抗凍性能。引氣劑的加入，可以大大提高混凝土中的含氣小孔。
我們分別拌制了不摻任何外加劑的混凝土和摻用QF- 1 型復(fù)合防凍劑的混凝土（內(nèi)含引氣劑）。拌合后，用5mm篩子篩除粗骨料，再制成40mm×40mm×160mm的試塊。經(jīng)標養(yǎng)4h 后，在- 10℃溫度下養(yǎng)護7d，而后轉(zhuǎn)入正溫標養(yǎng)7d 和28d 后，進行壓汞法測孔試驗。結(jié)果表明，摻入QF 型復(fù)合防凍劑后，雖然增加了混凝土中的總孔隙率，但并未增加大孔的含量，而是大幅增加了孔徑為2~5μm孔的含量，為混凝土在負溫下的水化創(chuàng)造了條件，同時也降低了負溫凍脹產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞的可能性，為混凝土轉(zhuǎn)正溫標養(yǎng)后強度的增長創(chuàng)造了條件。經(jīng)試驗確定引氣組分摻量為0.015%。
（3）防凍劑
由于有改性的高效減水劑和引氣組分的存在，防凍組分便可大幅度降低。我們確定防凍組分摻量為1.5%。防凍組分主要作用為提高混凝土早期強度，其次為降低混凝土中游離水的冰點。
（4）QF 復(fù)合防凍劑的配方
經(jīng)過對各種配方性能和成本的比較，確定了兩種QF 型復(fù)合防凍劑的配方（占水泥質(zhì)量的百分數(shù)）如下：QF- Ⅰ型：QJ- Ⅱ高效減水劑1.00%；引氣組分0.015%；防凍組分1.50%；高效減水劑改性組分E0.15%；載體0.335%。QF- Ⅱ型：UNF- 3 高效減水劑0.50%；引氣組分0.015%；防凍組分1.50%；高效減水劑改性組分E0.15%；載體0.835%。
2 摻QF 復(fù)合防凍劑的混凝土試驗
2.1 原材料
水泥甘肅某公司產(chǎn)P·O42.5 級水泥，性能見表3。
粗骨料蘭州安寧產(chǎn)黃河卵石，性能見表4。
細骨料甘肅皋蘭水阜山砂，性能見表5。
2.2 試驗方法
一般試驗項目按照GB8076 《混凝土外加劑》及
JC475- 2004《混凝土防凍劑》的標準規(guī)定進行。坍落度增加值和坍落度30min、60min 保留值按照JC473 -2001《混凝土泵送劑》標準進行檢驗。
2.3 摻QF 復(fù)合防凍劑混凝土試驗結(jié)果
試驗結(jié)果見表6。圖1 及圖2 為鋼筋銹蝕試驗結(jié)果。
研究證明，摻QF 復(fù)合防凍劑可使混凝土的臨界強度減小，并且隨著水灰比的減小而減小。其原因是它改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土的抗凍融性。將摻3%~4%復(fù)合QF 型防凍劑的方法與一般蓄熱法相結(jié)合，可以在西北地區(qū)實現(xiàn)冬季混凝土的現(xiàn)場泵送施工，并可取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。
3 經(jīng)濟分析
（1）QF- Ⅰ高效防凍劑售價5020 元/t，QF- Ⅱ高效防凍劑售價4430 元/t；而同等摻量的防凍劑市場價格為6000 元/t。因此，每噸QF- Ⅰ防凍劑（液體）可降低980 元，每噸QF- Ⅱ（粉劑）可降低1570 元。
?。?）以通常使用的強度等級為C30 的混凝土為例，設(shè)每m3 混凝土水泥用量380kg，防凍劑摻量為3%，則使用QF- Ⅰ時，每m3 混凝土可節(jié)約成本11.17 元；使用QF- Ⅱ時每m3 混凝土可節(jié)約成本17.90 元。
4 結(jié)論
?。?）QF 型復(fù)合防凍劑是由減水劑、引氣劑、防凍劑和改性劑等四元復(fù)合而成，具有減水、早強、防凍、抗凍、促進低溫水化等特性，摻量為水泥重量的3%~4%，使用溫度范圍為- 5~- 15℃。
?。?）QF 型復(fù)合防凍劑對鋼筋無銹蝕作用。
?。?）將摻量3%~4%的QF 型復(fù)合防凍劑與一般蓄熱法相結(jié)合，可以在西北地區(qū)實現(xiàn)冬季混凝土現(xiàn)場泵送施工，能顯著提高混凝土耐久性能。
?。?）QF 型復(fù)合防凍劑與其它混凝土防凍劑相比，使用方便，價格較低，可大大降低混凝土冬季施工成本。
