【摘 要】 根据水灰比原理讨论了冬期施工中如何简捷准确计算单位混凝土中防冻剂用量的方法,在此基础上,以用水量为准则,用来指导实际工程中防冻剂的应用,该方法的原理是,在负温混凝土中防冻剂的掺量应随水灰比的降低而减少,不应该是随水泥用量增加而增大。
【关键词】 防冻剂;掺量;冬期施工;用水量原则
【中图分类号】 TU52812
【文献标识码】 B
【文章编号】 1001 - 6864(2006) 04 - 0150 - 02
冬期施工混凝土表现的复杂化及流态化,已被工程实践所证实,第一点为混凝土的应用向高等级发展,表现过程为W／C 减少,用水量减少或水泥用量增加;第二点混凝土拌制后呈高流态化施工,表现为高效减水剂的应用及矿物掺和料的应用,此时,混凝土的配合比表现为上述组分固定模式,但在冬期施工中采用防冻剂的负温混凝土则应另外加入防冻剂,这样研究防冻剂的掺量问题就显得十分重要。
1 防冻剂掺量的表示
我国防冻剂的应用是向前苏联学习的结果,由于20 世纪50 年代～70 年代混凝土施工技术的落后,多分散在工地作业,用简单的重量法表示即防冻剂的掺量为占水泥重百分数即可,此法便于准确称量、施工方便故一直沿用至今,但仔细研讨起来,此种表示方法是否合理,尤其在现在混凝土多为软基相,胶结材及水泥相应增多的条件下,是值得怀疑的,举例说明,如在C20 级混凝土中,水泥用量为310kg／m3 ,采用黑龙江省低温所中试厂生产的WN -D 型复合防冻剂施工, - 10 ℃时占水泥重6 % , -15 ℃时占水泥重9 % ,则每立方米混凝土中应掺入18．6kg( - 10 ℃) 与27．9kg ( - 15 ℃) ,很显然,在C40级混凝土中,水泥用量已达440kg／m3 。试验证明, -10 ℃掺入26．4kg／m3 及- 15 ℃掺入39．6kg／m3 ,混凝土的强度将会大幅度降低,究其原因是310kg／m3 水泥用量的混凝土W／C 为0．60～0．65 ,而440kg／m3 水泥用量的混凝土WPC 为0．50～0．55 ,此时,用水量减少,防冻剂液相浓度过大,防冻剂用量过多而导致混凝土强度下降,从这一角度来说,防冻剂掺量又应表示为占水重百分比。
2 防冻剂掺量如何估算
文献[1 ]在研究前苏联允许成冰率学说的基础上给出的防冻剂掺量计算公式:
式中:α———防冻剂掺量,占水泥重%;
CK ———与冰平衡的防冻剂溶液的最终浓度,重量%;
W／C ———水灰比;
I ———允许成冰率, %;
dt ———原始水溶液密度,gPcm3 。
若为应用方便,考虑t 温度时,防冻剂为某一固定掺量,如WN - D 在- 10 ℃掺6 % ,防冻剂的液相浓度应为Ct ,则(1) 式可以表示(2) 式:
按照库兹明的最佳允许成冰率说,当掺防冻剂的混凝土内部含有50 %的冰时,防冻剂能将这些冰岐化,并改变冰晶晶型及大幅度降低冰的冻胀应力,此时,混凝土强度不会受影响,且防冻剂掺量达到最佳值,故(2) 式转化为(3) 式:
而文献[2 ]借助于(3) 式的思想,给出了比(3) 式计算及应用上更方便的公式:
式中:β———水泥品种影响系数,硅酸盐及普通硅酸盐水泥为1 ;矿渣硅酸盐水泥大于1 ,由试验确定;
K ———防冻剂掺量系数;
T ———环境负温温度值,实际应为防冻剂设计温度值。
而(4) 式说明,防冻剂的掺量与防冻剂的负温设计温度及W／C 成正比,这也就是说,在防冻剂的规定负温温度下,养护温度越低防冻剂掺量越大,W／C越小,防冻剂掺量越小,这符合现代混凝土发展的实际情况,公式的思想是正确的。
3 WN - D 型防冻剂掺量估算
3．1 WN - D 型防冻剂系由多种防冻组分、引气组分、早强组分、减水组分等复配而成,可掺入混凝土为C20～C60 级,其掺量及其试验结果列于表1。
此时,采用的试验参数为
(1) 普硅水泥305kg／m3 ,W／C = 0160 ,中砂,卵石,配合比为1∶212∶4124
(2) - 15 ℃,掺量910 %强度发展规律f cu , - i = 0. 134 f cu ,028 + 0. 01535Df cu ,028
3．2 不同水灰比时掺量估算按公式(4) ,取β= 1 ,计算参数- 15 ℃,9 %; -10 ℃,6 %; - 5 ℃,3 % ,WPC = 0. 60 ,则K 值计算列于表3。
由表3 则可计算出不同混凝土设计等级,在不同负温下WN - D 防冻剂的掺量(以占水泥重表示)列于表4。
按照表4 验算的每立方米混凝土中防冻剂的最大掺量,当WPC = 0160 时,C20 等级的混凝土, C =310kg／m3 ,WN - D 掺量2719kgPm3 < 30kg／m3 ;当W／C= 0140 时,C45 等级混凝土, C = 470kgPm3 ,WN - D掺量2812kg／m3 < 30kg／m3 ;满足WN - D 在负温混凝土中的使用要求。同时,表4 也能较好地反映出防冻剂确应随水泥用量增多而下降的规律,这样工地应用时,只需查表4 ,便可使用。
4 结语
4．1 防冻剂的掺量按占水泥重量表示时,其掺量是随水泥用量增加而增大,这不符合实际负温混凝土情况,当防冻剂掺量按占水重表示时,表现为与W／C 成正比,即WPC 降低,防冻剂掺量减小,这符合实际负温混凝土情况。
4．2 工程上采用WN - D 型防冻剂施工时,当气温在- 5～ - 15 ℃时,从C20～C40 级范围内可按W／C的变化进行计算,防冻剂的掺量随WPC 降低而减少, - 15 ℃时,防冻剂的掺量变化于占水泥重910 %～610 %之间,且不超过30kg／m3 与WN - D 型防冻剂实际应用情况符合,可以指导施工。
参考文献
[1 ] 陈建奎1 混凝土外加剂的原理与应用[M] . 北京:中国计划出版社,19971
[2 ] 阮炯正1 如何确定混凝土防冻剂的掺量[J ] . 混凝土,2001 , (1) :29～311
[3 ] 朱卫中,钮长仁,项玉璞,等1 掺防冻剂混凝土工程冬期施工技术教程[R] . 哈尔滨:黑龙江省寒地建筑科学研究院教材,2000 ,33～631
