【摘 要】 通過(guò)研究FH新型防凍劑溶液的冰點(diǎn)效應(yīng)、- 15 ℃、- 10 ℃、- 5 ℃負(fù)溫條件下混凝土中的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律、在不同負(fù)溫下的適宜摻量,并與JC475 - 2004《混凝土防凍劑》標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值進(jìn)行比對(duì),從而推出一種超低摻量、無(wú)氯、微堿的新型混凝土防凍劑。
【關(guān)鍵詞】 超低摻量;防凍劑;混凝土;研究
【中圖分類(lèi)號(hào)】 TU528.042【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 B【文章編號(hào)】 1001 - 6864(2008) 01 - 0020 - 03
混凝土防凍劑作為我國(guó)“三北”地區(qū)工程建設(shè)冬期施工所必不可少的材料之一,其在混凝土中所起的作用也越來(lái)越大。按JC475 - 2004《混凝土防凍劑》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,我國(guó)的防凍劑主要分為氯鹽類(lèi)、氯鹽阻銹類(lèi)、無(wú)氯鹽類(lèi)、有機(jī)化合物類(lèi)、復(fù)合型防凍劑五類(lèi),根據(jù)氣溫環(huán)境的不同以及結(jié)構(gòu)物所處的環(huán)境不同,防凍劑的種類(lèi)與摻量、成分也隨之變化,主要選擇與應(yīng)用依據(jù)為GB50119 - 2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)。
目前,國(guó)內(nèi)混凝土防凍劑產(chǎn)品主要還是以無(wú)機(jī)鹽類(lèi)防凍劑(NO2- 、SO42 - 、NO3- 、Cl - 鹽類(lèi)) 為主,有機(jī)類(lèi)防凍劑為輔,防凍劑摻量居高不下,尤其是在以建筑工程為主的、對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求較低的工業(yè)與民用建筑中,防凍劑摻量最高更達(dá)10 %以上( - 15 ℃環(huán)境下) ,從而帶入大量的堿金屬離子或氯離子,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能與耐久性帶來(lái)隱患。
而在一些大型基礎(chǔ)設(shè)施,如水利、電力、核電廠、港工、橋梁等工程建設(shè)中,由于對(duì)Cl - 和堿含量的嚴(yán)格控制,又造成“無(wú)料可用”的被動(dòng)局面。因此,為確?；炷凉こ獭熬G色化”的進(jìn)程和可持續(xù)化發(fā)展的目標(biāo),研究與開(kāi)發(fā)低摻量、超低摻量混凝土防凍劑材料勢(shì)在必行。
黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院與江蘇省燎原化工有限公司在2006 年2 月就超低摻量混凝土防凍劑新型材料的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了聯(lián)合攻關(guān),并在此領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究與工程應(yīng)用,取得了大量的技術(shù)數(shù)據(jù),并將此新型超低摻量防凍劑暫定名為FH 新型超低摻量混凝土防凍劑,分為兩個(gè)系列產(chǎn)品,分別為FH - N、FH - C ,其最大的特點(diǎn)為冰點(diǎn)值極低、無(wú)氯、微堿含量、超低摻量,較傳統(tǒng)防凍劑的摻量降低800 %～1000 %。
1 FH超低摻量防凍劑冰點(diǎn)測(cè)試
采用冰點(diǎn)儀測(cè)試FH新型防凍劑的冰點(diǎn),并與傳統(tǒng)防凍劑主要組份NaCl 、NaNO2 進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果示于圖1～圖4。由圖1、圖2 可見(jiàn),當(dāng)FH - N 溶液濃度為22.2 %時(shí),液相冰點(diǎn)可達(dá)- 44. 1 ℃,FH - C溶液濃度為19.56 %時(shí),液相冰點(diǎn)可達(dá)到- 45 ℃;而在相同液相濃度情況下,FH - C 的冰點(diǎn)較FH - N 的冰點(diǎn)值更低一些。
圖3 與圖4 分別是NaCl 、NaNO2 的不同濃度溶液冰點(diǎn)值,與圖1、圖2 中的FH 新型防凍劑材料相比,非常明顯地看出,在相同濃度下,FH 溶液的冰點(diǎn)值較NaCl 的溶液冰點(diǎn)
值低出1 倍以上,而較NaNO2 的冰點(diǎn)值低6 倍以上,因此,FH新材料在負(fù)溫混凝土抗凍性能中將會(huì)顯示出顯著的冰點(diǎn)效應(yīng)。很顯然,由于冰點(diǎn)效應(yīng)極其明顯,FH - C、FH - N 是具有
比NaCl 、NaNO2 更明顯的抗凍作用,或者在同一冰點(diǎn)下,FH- C、FH - N 的摻量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NaCl 、NaNO2 ,從而顯著減小Na2O 的含量。
2 - 5、- 10、- 15 ℃負(fù)溫條件下FH防凍劑的適宜摻量
按我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC475 - 2004《混凝土防凍劑》的規(guī)定,防凍劑材料在混凝土工程中按使用溫度不同劃分為三個(gè)溫度區(qū)間: - 15、- 10、- 5 ℃,下面也按此規(guī)定進(jìn)行三個(gè)溫度區(qū)間的摻量試驗(yàn)。
試驗(yàn)原材料:哈水P.O42.5 水泥、中砂、16～31. 5mm 碎石基準(zhǔn)配比(kgPm3 ) ∶水泥∶砂∶石∶水= 330∶709∶1156∶185FH新型防凍劑摻量(占水泥質(zhì)量%) :0.2 %～5.0 %強(qiáng)度測(cè)試齡期: - 7d、- 7 + 7d、- 7 + 28d、- 7 + 56d養(yǎng)護(hù)方式: - 15、- 10、- 5 ℃恒負(fù)溫冷庫(kù)預(yù)養(yǎng)模式:按JC475 - 2004 規(guī)定, - 15、- 10、- 5 ℃預(yù)養(yǎng)成熟度分別采用120、150、180 ℃·h。
2.1 - 15 ℃負(fù)溫條件下,FH防凍劑的適宜摻量
基準(zhǔn)混凝土的f 28 = 38.4MPa ,按JC475 規(guī)定, - 15 ℃條件下防凍劑合格品的R - 7 ≥8 % , 即防凍劑混凝土f - 7 ≥3.1MPa ,同時(shí),還需滿足R28 ≥90 %、R - 7 + 56 ≥100 %的要求,按此條件,從- 15 ℃下不同摻量FH混凝土的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,能滿足早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度要求的摻量為1.5 % ,此摻量下,FH - N 的f - 7 = 4.6MPa ,FH - C 的f - 7 = 5.3MPa ,不但滿足以上條件,同時(shí)也滿足JGJ104 - 97《建筑工程冬期施工規(guī)程》中關(guān)于負(fù)溫混凝土抗凍臨界強(qiáng)度≥4.0MPa 的要求。摻量小于1.5 %的FH 防凍劑混凝土,雖然有部分摻量可以滿足R - 7 ≥8 %指標(biāo)的要求,但由于R - 7 + 56 ≤100 % ,不能“滿足后期強(qiáng)度不低于基準(zhǔn)混凝土”的要求,而摻量大于1.5 %的FH防凍劑混凝土,其技術(shù)指標(biāo)均滿足JC475 標(biāo)準(zhǔn)要求,但其強(qiáng)度發(fā)展速率并沒(méi)有成比例地提高,同時(shí)過(guò)高摻量對(duì)混凝土工作性影響較大,故在考慮技術(shù)、施工可操作性、材料成本、混凝土物理力學(xué)性能與耐久性等綜合因素前提下, - 15 ℃時(shí)FH新型防凍劑的最佳摻量為占水泥質(zhì)量的1.5 % ,適宜摻量范圍為1.5 %～2.0 %。
通過(guò)試驗(yàn)還可以看到,所有摻量的R28 均大于100 % ,說(shuō)明在0.2 %～5.0 %摻量下,FH 防凍劑對(duì)混凝土均有增強(qiáng)的性能。但- 15 ℃時(shí),其負(fù)溫強(qiáng)度的發(fā)展在1.5 %的摻量時(shí),才能明顯地表現(xiàn)出來(lái),當(dāng)摻量小于1.5 %時(shí),新拌混凝土有可能遭到凍害。- 15 ℃條件時(shí),摻量1.5 %不但能防止凍害,且強(qiáng)度還可持續(xù)增長(zhǎng),滿足JC475 標(biāo)準(zhǔn)要求,而此溫度下,即-15 ℃時(shí), 采用NaNO2 的摻量應(yīng)為8.0 % , 前者僅為后者的18.75 % ,不足20 % ,即1P5 ,可見(jiàn)FH - N、FH - C 的摻量是足夠低的。2.2 - 10 ℃負(fù)溫條件下,FH防凍劑的適宜摻量
按JC475 - 2004 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, - 10 ℃養(yǎng)護(hù)條件下,混凝土R - 7 ≥10 % ,即負(fù)溫混凝土f - 7 ≥3.84MPa。將- 10 ℃養(yǎng)護(hù)條件下同等摻量混凝土的強(qiáng)度數(shù)據(jù)與- 15 ℃條件下相比較,可以看到,溫度上升了5 ℃,混凝土的負(fù)溫養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度均有10 %～30 %不同程度的提高,特別是f - 7 抗壓強(qiáng)度,除了0.2 %摻量下未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的3.84MPa ,其余0.5 %～2.0 %摻量下FH負(fù)溫混凝土R - 7 均達(dá)標(biāo),且R28 、R - 7 + 28 、R - 7 + 56 也滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求,并滿足JGJ104 - 97 中關(guān)于負(fù)溫混凝土抗凍臨界強(qiáng)度值4.0MPa 的要求。
綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素, - 10 ℃條件下FH新型防凍劑的適宜摻量范圍為占水泥質(zhì)量的0.8 %～1.0 %。
2.3 - 5 ℃負(fù)溫條件下,FH防凍劑的適宜摻量
按JC475 - 2004 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, - 5 ℃養(yǎng)護(hù)條件下,混凝土R - 7 ≥20 % ,即負(fù)溫混凝土f - 7 ≥7.68MPa ,以此為限定條件,0.2 %、0.5 %、0.8 %摻量下負(fù)溫混凝土的f - 7 全部達(dá)到要求,同時(shí)還滿足了R28 ≥95 %、R - 7 + 28 ≥90 %、R - 7 + 56 ≥100 %的要求,即- 5 ℃負(fù)溫養(yǎng)護(hù)條件下, FH 新型防凍劑在0.2 %～0.8 %摻量下全部合格,但合理?yè)搅糠秶哉妓噘|(zhì)量0.2 %～0.5 %為宜。
3 結(jié)語(yǔ)
(1) FH新型超低摻量防凍劑均具有極大地降低冰點(diǎn)作用, 當(dāng)FH - N 溶液濃度為22.2 %時(shí), 液相冰點(diǎn)可達(dá)到- 44.1 ℃,FH - C 溶液濃度為19.56 %時(shí),液相冰點(diǎn)可達(dá)到- 45 ℃,其冰點(diǎn)效率約為NaCl 的1 倍,NaNO2 的6 倍。
(2) FH新型超低摻量防凍劑在混凝土中的適宜摻量范圍為占水泥質(zhì)量的0.2 %～2.0 % ,根據(jù)氣溫環(huán)境的不同,其具體摻量如表1。
(3) 在正溫養(yǎng)護(hù)條件下,FH防凍劑具有早強(qiáng)與增強(qiáng)的性能,當(dāng)摻量由0.2 %向2.5 %逐步提高時(shí),其混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)增長(zhǎng)的規(guī)律,混凝土的1、3d 早期強(qiáng)度將提高至110 %～150 % ,28d 強(qiáng)度提高至110 %以上;當(dāng)FH 摻量提高至2.5 %以后,由于會(huì)影響混凝土的工作性,不適宜單獨(dú)作為早強(qiáng)劑或防凍劑使用。
(4) FH新型超低摻量防凍劑在0.2 %～2.0 %摻量范圍內(nèi), R28 、R - 7 、R - 7 + 28 、R - 7 + 56 抗壓強(qiáng)度比指標(biāo)根據(jù)使用溫度的不同,均達(dá)到JC475 - 2004《混凝土防凍劑》標(biāo)準(zhǔn)要求,其它物理力學(xué)性能通過(guò)試驗(yàn)也證明均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,可作為一種新型環(huán)保型防凍劑在混凝土工程冬期施工中應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1 ] JC475 - 2004 ,混凝土防凍劑[ S] .
[2 ] JGJ104 - 97 ,建筑工程冬期施工規(guī)程[ S] .
