摘要：介绍了一种适于我国西北地区混凝土冬季施工用的复合型防冻剂（QF 型）。它由防冻组分、引气组分、高效减水组分及减水剂改性组分四部分组成，掺量为水泥质量的3%~4%，可起到减水、早强、防冻及抗冻的作用。
关键词：混凝土防冻剂；冬季施工；高效减水剂；引气剂；保塑剂
中图分类号：TU528.042 文献标识码：B 文章编号：1000- 4637（2006）04- 23- 03
0 前言
甘肃省兰州市地处西北地区，每年有3~5 个月的时间处于冬季施工的气候条件。因此，混凝土冬季施工的技术问题就成了建筑业面临的现实而必须解决的问题。
混凝土在负温或低温下施工的一个重要问题是强度发展非常缓慢，且负温可引起水的相变而使体积膨胀，从而使混凝土遭受极为严重的破坏。混凝土受冻破坏概括起来有以下四个不同阶段。
（1）初龄受冻。即混凝土在初凝前受冻。解冻后对其后期强度的发展无明显影响。
（2）幼龄（初凝- 终凝期间）受冻。此时混凝土已初步形成结构，受冻可能使结构遭受不可恢复的损坏，从而使混凝土后期强度损失30%~40%。
（3）成龄受冻。此时混凝土的强度已经达到能抵抗受冻破坏的程度，即已经形成临界强度，其后期强度可以没有损失或损失最多不超过5%，且耐久性也不会降低。
（4）后期受冻。即混凝土已达到设计强度后的受冻，这实质上已属于混凝土抵抗冻融作用的耐久性问题。
对于冬季施工来说，主要是解决前三种受冻，一个总的目标就是使新拌混凝土浇注后能够安全地度过第一种、第二种受冻模式而形成较理想的第三种受冻状态，保证混凝土强度在受冻前能达到临界强度。
1 QF 复合防冻剂的研制
1.1 研制方略
近年来，国内外防冻剂正向低掺量、高性能和低碱的方向发展。据此，我们确定了多组分复合的方案，采用四种具有不同功能的组分来配制高效防冻剂。这四种组分为：防冻组分、高效减水组分、引气组分以及高效减水剂的改性组分。
（1）防冻组分的作用是降低混凝土中水的冰点，使混凝土在负温下仍能进行水化反应。
（2）高效减水组分的作用是大幅度降低用水量并增加混凝土坍落度。这样，与不掺高效减水剂的相同坍落度混凝土相比其强度可提高1~2 个等级，同时可加速混凝土初期强度的增长。
（3）引气组分的作用是改善混凝土的和易性，减少拌合物的离析、泌水，特别是还可以提高混凝土的耐久性和抗冻性。但要特别注意的是，混凝土中的引气组分如果含量过高，会使混凝土的强度明显降低。
（4）高效减水剂改性组分的作用是利用叠加效应的原理，使高效减水剂的作用得到最大程度的发挥。同时，高效减水剂改性组分还可以调节、控制坍落度损失，使混凝土在所需要的时间段内保持良好的流动性和可泵性（因此也称为保塑剂）。
1.2 QF 复合防冻剂的组分及配方
（1）高效减水剂及其改性剂
萘系高效减水剂虽然质量稳定、减水效率高，但存在价格贵、坍落度损失大、与水泥适应性差等缺点。有必要对其进行改性研究。根据萘系减水剂的性质，在以前研究混凝土防冻剂的基础上，我们选取改性剂E 分别对对QJ- Ⅱ液体高效减水剂和UNF- 3 粉剂高效减水剂进行了改性研究。表1 和表2 为不同改性剂掺量
下高效减水剂的作用效果，由此可选定适宜的掺量。
（2）引气剂
众所周知，在相同温度下，混凝土中大孔内的水较小孔内的水容易结冰。因此，如果我们能够使混凝土内的大孔数量降低，小孔数量增多，那么就可以大大降低由于水结冰而产生的冻胀作用对混凝土结构的破坏，从而提高混凝土的抗冻性能。引气剂的加入，可以大大提高混凝土中的含气小孔。
我们分别拌制了不掺任何外加剂的混凝土和掺用QF- 1 型复合防冻剂的混凝土（内含引气剂）。拌合后，用5mm筛子筛除粗骨料，再制成40mm×40mm×160mm的试块。经标养4h 后，在- 10℃温度下养护7d，而后转入正温标养7d 和28d 后，进行压汞法测孔试验。结果表明，掺入QF 型复合防冻剂后，虽然增加了混凝土中的总孔隙率，但并未增加大孔的含量，而是大幅增加了孔径为2~5μm孔的含量，为混凝土在负温下的水化创造了条件，同时也降低了负温冻胀产生结构破坏的可能性，为混凝土转正温标养后强度的增长创造了条件。经试验确定引气组分掺量为0.015%。
（3）防冻剂
由于有改性的高效减水剂和引气组分的存在，防冻组分便可大幅度降低。我们确定防冻组分掺量为1.5%。防冻组分主要作用为提高混凝土早期强度，其次为降低混凝土中游离水的冰点。
（4）QF 复合防冻剂的配方
经过对各种配方性能和成本的比较，确定了两种QF 型复合防冻剂的配方（占水泥质量的百分数）如下：QF- Ⅰ型：QJ- Ⅱ高效减水剂1.00%；引气组分0.015%；防冻组分1.50%；高效减水剂改性组分E0.15%；载体0.335%。QF- Ⅱ型：UNF- 3 高效减水剂0.50%；引气组分0.015%；防冻组分1.50%；高效减水剂改性组分E0.15%；载体0.835%。
2 掺QF 复合防冻剂的混凝土试验
2.1 原材料
水泥甘肃某公司产P·O42.5 级水泥，性能见表3。
粗骨料兰州安宁产黄河卵石，性能见表4。
细骨料甘肃皋兰水阜山砂，性能见表5。
2.2 试验方法
一般试验项目按照GB8076 《混凝土外加剂》及
JC475- 2004《混凝土防冻剂》的标准规定进行。坍落度增加值和坍落度30min、60min 保留值按照JC473 -2001《混凝土泵送剂》标准进行检验。
2.3 掺QF 复合防冻剂混凝土试验结果
试验结果见表6。图1 及图2 为钢筋锈蚀试验结果。
研究证明，掺QF 复合防冻剂可使混凝土的临界强度减小，并且随着水灰比的减小而减小。其原因是它改善了混凝土的孔结构，从而提高了混凝土的抗冻融性。将掺3%~4%复合QF 型防冻剂的方法与一般蓄热法相结合，可以在西北地区实现冬季混凝土的现场泵送施工，并可取得良好的技术经济效果。
3 经济分析
（1）QF- Ⅰ高效防冻剂售价5020 元/t，QF- Ⅱ高效防冻剂售价4430 元/t；而同等掺量的防冻剂市场价格为6000 元/t。因此，每吨QF- Ⅰ防冻剂（液体）可降低980 元，每吨QF- Ⅱ（粉剂）可降低1570 元。
（2）以通常使用的强度等级为C30 的混凝土为例，设每m3 混凝土水泥用量380kg，防冻剂掺量为3%，则使用QF- Ⅰ时，每m3 混凝土可节约成本11.17 元；使用QF- Ⅱ时每m3 混凝土可节约成本17.90 元。
4 结论
（1）QF 型复合防冻剂是由减水剂、引气剂、防冻剂和改性剂等四元复合而成，具有减水、早强、防冻、抗冻、促进低温水化等特性，掺量为水泥重量的3%~4%，使用温度范围为- 5~- 15℃。
（2）QF 型复合防冻剂对钢筋无锈蚀作用。
（3）将掺量3%~4%的QF 型复合防冻剂与一般蓄热法相结合，可以在西北地区实现冬季混凝土现场泵送施工，能显著提高混凝土耐久性能。
（4）QF 型复合防冻剂与其它混凝土防冻剂相比，使用方便，价格较低，可大大降低混凝土冬季施工成本。
