混凝土防冻剂的原理及对混凝土的影响

混凝土外加剂防冻剂的作用机理因其品种不同而有所差别,但总的来说,防冻剂通过如下几个方面的功能,来防止混凝土中水分结冰,保证混凝土在负温情况下強度增长。
 
(1)溶于水且降低水的冰点
 
许多无机化学物质,如氯化钠、氯化钙、亚硝酸钙、硝酸钙等,溶于水,并能不同程度地降低水的冰点。有机化学物质中,甲醇、尿素等也可降低水的冰点。降低水的冰点的程度与这些化学物质的浓度有关。
 
将这些物质掺入混凝土拌合物,可以保证混凝土溫度高于相应的冰点时不会结冰,一方面保证水泥的水化,另一方面也避免结冰产生冻涨破坏功能。
 
(2)既能降低水的冰点,又能破坏晶格构造,降低水结冰引起的破坏程度
 
尿素、甲醇等有机物质溶于水,不仅能降低水的冰点,并且当溫度低于其冰点时,又会导致水结冰后的冰的晶格构造产生变形,这样,可减小混凝土孔隙内水的冻涨压力,以免混凝土结构遭到破坏。
 
(3)促进水泥水化速率,加快混凝土凝结、硬化
 
氯化钠、氯化钙、亚硝酸钙、硝酸钙、硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾、甲酸钙等均会对水泥水化起到促进作用。在这些物质的参与下,水泥水化加速,水化产物大量产生,凝结和硬化提前,并且混凝土可较早地建立起临界強度,抵抗内部水分结冰产生的构造破坏功能。
 
(4)降低W/C,减少拌合水用量
 
掺加部分减水成分,可以帮助混凝土在满足和易性情况,降低W/C,减少拌合用水量。
 
混凝土W/C降低,用水量减少,一方面可以增进早期強度的发展,另一方面也相当于减少了混凝土内部可冻结的自由水。
 
(5)适当引气,缓冲冰涨压力
 
掺加适量引起成分,可以使混凝土拌合环节中适当引入一些极性微小气泡。这样,一方面可以降低混凝土拌合物和硬化混凝土的导热系数,另一方面,可以帮助降低混凝土内部水分结冰所产生的冰晶压力。
因此,混凝土防冻剂的成分往往有多种,包含具有降低冰点、早强、减水、引气功能的各种成分。
 
LDJ-1防冻剂是一种多种早强成分,并辅以一定量的减水成分和能产生平稳细微小气泡的引气成分配制而成的早强减水型防冻外加剂。初始址落度为(8±1)mm,预养护-5°C时为180℃·h,-10℃时为120℃·h,-十五℃时为60℃·h。
 
可以看出,掺早强减水型防冻剂混凝土在-5℃连续养护7d时強度为19.5MPa,达到基准混凝土28d标养试件的67%;-10℃时负温养护7d,強度为5.0MPa,达到基准混凝土标养28d強度的17%,而其后续养护強度不断提高,-7+28d时分别为基准混凝土的156%和146%,-7+56d时分别为基准混凝土的168%和160%。
 
LDJ-2复合型防冻剂则是在LDJ-1防冻剂基础上,复合降低冰点功能成分的复合型防冻外加剂。表10-2为掺加LDJ-2复合型防冻剂的实验结果。
掺入复合型防冻剂的混凝土可以承担-十五℃极端溫度的环境。各项实验表明,挂有复合型防冻剂的混凝土在设定溫度下连续养护7d时的強度分别为基准混凝土标养28d的50%19%和12%,并且后续养护环节中混凝土可以迅速恢复水化,強度大幅度提高。
 
LDJ系列产品防冻剂别的特性的实验结果见表10-3。
可见,掺LDJ防冻剂的混凝土减水率不低于12%,具有一定的引气性;挂LDJ防冻剂的混凝土凝结时间有所缩短。由于微细小气泡的引入,掺LDJ防冻剂的混凝土,其抗冻融循环性得到改善。
 

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