【摘 要】 通过研究FH新型防冻剂溶液的冰点效应、- 15 ℃、- 10 ℃、- 5 ℃负温条件下混凝土中的强度发展规律、在不同负温下的适宜掺量,并与JC475 - 2004《混凝土防冻剂》标准指标值进行比对,从而推出一种超低掺量、无氯、微碱的新型混凝土防冻剂。
【关键词】 超低掺量;防冻剂;混凝土;研究
【中图分类号】 TU528.042【文献标识码】 B【文章编号】 1001 - 6864(2008) 01 - 0020 - 03
混凝土防冻剂作为我国“三北”地区工程建设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来越大。按JC475 - 2004《混凝土防冻剂》标准的规定,我国的防冻剂主要分为氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类、有机化合物类、复合型防冻剂五类,根据气温环境的不同以及结构物所处的环境不同,防冻剂的种类与掺量、成分也随之变化,主要选择与应用依据为GB50119 - 2003《混凝土外加剂应用技术规范》标准。
目前,国内混凝土防冻剂产品主要还是以无机盐类防冻剂(NO2- 、SO42 - 、NO3- 、Cl - 盐类) 为主,有机类防冻剂为辅,防冻剂掺量居高不下,尤其是在以建筑工程为主的、对混凝土结构耐久性要求较低的工业与民用建筑中,防冻剂掺量最高更达10 %以上( - 15 ℃环境下) ,从而带入大量的碱金属离子或氯离子,对混凝土结构的长期性能与耐久性带来隐患。
而在一些大型基础设施,如水利、电力、核电厂、港工、桥梁等工程建设中,由于对Cl - 和碱含量的严格控制,又造成“无料可用”的被动局面。因此,为确保混凝土工程“绿色化”的进程和可持续化发展的目标,研究与开发低掺量、超低掺量混凝土防冻剂材料势在必行。
黑龙江省寒地建筑科学研究院与江苏省燎原化工有限公司在2006 年2 月就超低掺量混凝土防冻剂新型材料的开发进行了联合攻关,并在此领域进行了深入的研究与工程应用,取得了大量的技术数据,并将此新型超低掺量防冻剂暂定名为FH 新型超低掺量混凝土防冻剂,分为两个系列产品,分别为FH - N、FH - C ,其最大的特点为冰点值极低、无氯、微碱含量、超低掺量,较传统防冻剂的掺量降低800 %～1000 %。
1 FH超低掺量防冻剂冰点测试
采用冰点仪测试FH新型防冻剂的冰点,并与传统防冻剂主要组份NaCl 、NaNO2 进行对比,结果示于图1～图4。由图1、图2 可见,当FH - N 溶液浓度为22.2 %时,液相冰点可达- 44. 1 ℃,FH - C溶液浓度为19.56 %时,液相冰点可达到- 45 ℃;而在相同液相浓度情况下,FH - C 的冰点较FH - N 的冰点值更低一些。
图3 与图4 分别是NaCl 、NaNO2 的不同浓度溶液冰点值,与图1、图2 中的FH 新型防冻剂材料相比,非常明显地看出,在相同浓度下,FH 溶液的冰点值较NaCl 的溶液冰点
值低出1 倍以上,而较NaNO2 的冰点值低6 倍以上,因此,FH新材料在负温混凝土抗冻性能中将会显示出显著的冰点效应。很显然,由于冰点效应极其明显,FH - C、FH - N 是具有
比NaCl 、NaNO2 更明显的抗冻作用,或者在同一冰点下,FH- C、FH - N 的掺量要远远低于NaCl 、NaNO2 ,从而显著减小Na2O 的含量。
2 - 5、- 10、- 15 ℃负温条件下FH防冻剂的适宜掺量
按我国现行行业标准JC475 - 2004《混凝土防冻剂》的规定,防冻剂材料在混凝土工程中按使用温度不同划分为三个温度区间: - 15、- 10、- 5 ℃,下面也按此规定进行三个温度区间的掺量试验。
试验原材料:哈水P.O42.5 水泥、中砂、16～31. 5mm 碎石基准配比(kgPm3 ) ∶水泥∶砂∶石∶水= 330∶709∶1156∶185FH新型防冻剂掺量(占水泥质量%) :0.2 %～5.0 %强度测试龄期: - 7d、- 7 + 7d、- 7 + 28d、- 7 + 56d养护方式: - 15、- 10、- 5 ℃恒负温冷库预养模式:按JC475 - 2004 规定, - 15、- 10、- 5 ℃预养成熟度分别采用120、150、180 ℃·h。
2.1 - 15 ℃负温条件下,FH防冻剂的适宜掺量
基准混凝土的f 28 = 38.4MPa ,按JC475 规定, - 15 ℃条件下防冻剂合格品的R - 7 ≥8 % , 即防冻剂混凝土f - 7 ≥3.1MPa ,同时,还需满足R28 ≥90 %、R - 7 + 56 ≥100 %的要求,按此条件,从- 15 ℃下不同掺量FH混凝土的试验结果来看,能满足早期强度及后期强度要求的掺量为1.5 % ,此掺量下,FH - N 的f - 7 = 4.6MPa ,FH - C 的f - 7 = 5.3MPa ,不但满足以上条件,同时也满足JGJ104 - 97《建筑工程冬期施工规程》中关于负温混凝土抗冻临界强度≥4.0MPa 的要求。掺量小于1.5 %的FH 防冻剂混凝土,虽然有部分掺量可以满足R - 7 ≥8 %指标的要求,但由于R - 7 + 56 ≤100 % ,不能“满足后期强度不低于基准混凝土”的要求,而掺量大于1.5 %的FH防冻剂混凝土,其技术指标均满足JC475 标准要求,但其强度发展速率并没有成比例地提高,同时过高掺量对混凝土工作性影响较大,故在考虑技术、施工可操作性、材料成本、混凝土物理力学性能与耐久性等综合因素前提下, - 15 ℃时FH新型防冻剂的最佳掺量为占水泥质量的1.5 % ,适宜掺量范围为1.5 %～2.0 %。
通过试验还可以看到,所有掺量的R28 均大于100 % ,说明在0.2 %～5.0 %掺量下,FH 防冻剂对混凝土均有增强的性能。但- 15 ℃时,其负温强度的发展在1.5 %的掺量时,才能明显地表现出来,当掺量小于1.5 %时,新拌混凝土有可能遭到冻害。- 15 ℃条件时,掺量1.5 %不但能防止冻害,且强度还可持续增长,满足JC475 标准要求,而此温度下,即-15 ℃时, 采用NaNO2 的掺量应为8.0 % , 前者仅为后者的18.75 % ,不足20 % ,即1P5 ,可见FH - N、FH - C 的掺量是足够低的。2.2 - 10 ℃负温条件下,FH防冻剂的适宜掺量
按JC475 - 2004 标准规定, - 10 ℃养护条件下,混凝土R - 7 ≥10 % ,即负温混凝土f - 7 ≥3.84MPa。将- 10 ℃养护条件下同等掺量混凝土的强度数据与- 15 ℃条件下相比较,可以看到,温度上升了5 ℃,混凝土的负温养护强度均有10 %～30 %不同程度的提高,特别是f - 7 抗压强度,除了0.2 %掺量下未达到标准要求的3.84MPa ,其余0.5 %～2.0 %掺量下FH负温混凝土R - 7 均达标,且R28 、R - 7 + 28 、R - 7 + 56 也满足标准规定要求,并满足JGJ104 - 97 中关于负温混凝土抗冻临界强度值4.0MPa 的要求。
综合技术、经济因素, - 10 ℃条件下FH新型防冻剂的适宜掺量范围为占水泥质量的0.8 %～1.0 %。
2.3 - 5 ℃负温条件下,FH防冻剂的适宜掺量
按JC475 - 2004 标准规定, - 5 ℃养护条件下,混凝土R - 7 ≥20 % ,即负温混凝土f - 7 ≥7.68MPa ,以此为限定条件,0.2 %、0.5 %、0.8 %掺量下负温混凝土的f - 7 全部达到要求,同时还满足了R28 ≥95 %、R - 7 + 28 ≥90 %、R - 7 + 56 ≥100 %的要求,即- 5 ℃负温养护条件下, FH 新型防冻剂在0.2 %～0.8 %掺量下全部合格,但合理掺量范围以占水泥质量0.2 %～0.5 %为宜。
3 结语
(1) FH新型超低掺量防冻剂均具有极大地降低冰点作用, 当FH - N 溶液浓度为22.2 %时, 液相冰点可达到- 44.1 ℃,FH - C 溶液浓度为19.56 %时,液相冰点可达到- 45 ℃,其冰点效率约为NaCl 的1 倍,NaNO2 的6 倍。
(2) FH新型超低掺量防冻剂在混凝土中的适宜掺量范围为占水泥质量的0.2 %～2.0 % ,根据气温环境的不同,其具体掺量如表1。
(3) 在正温养护条件下,FH防冻剂具有早强与增强的性能,当掺量由0.2 %向2.5 %逐步提高时,其混凝土强度呈现增长的规律,混凝土的1、3d 早期强度将提高至110 %～150 % ,28d 强度提高至110 %以上;当FH 掺量提高至2.5 %以后,由于会影响混凝土的工作性,不适宜单独作为早强剂或防冻剂使用。
(4) FH新型超低掺量防冻剂在0.2 %～2.0 %掺量范围内, R28 、R - 7 、R - 7 + 28 、R - 7 + 56 抗压强度比指标根据使用温度的不同,均达到JC475 - 2004《混凝土防冻剂》标准要求,其它物理力学性能通过试验也证明均符合标准要求,可作为一种新型环保型防冻剂在混凝土工程冬期施工中应用。
参考文献
[1 ] JC475 - 2004 ,混凝土防冻剂[ S] .
[2 ] JGJ104 - 97 ,建筑工程冬期施工规程[ S] .
