摘　要: 主要介紹了《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》中防凍劑的品種、適用范圍、性能等及其在公路水泥混凝土路面工程中的應(yīng)用技術(shù)。目的是用好防凍劑, 并防止使用中出現(xiàn)不應(yīng)有的質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞: 公路工程; 水泥混凝土; 防凍劑; 應(yīng)用技術(shù)

　　低溫或負(fù)溫環(huán)境對水泥混凝土施工十分不利。環(huán)境溫度低, 水泥的水化反應(yīng)慢, 影響水泥混凝土強(qiáng)度的增長。試驗(yàn)得出: 溫度每降低1℃, 水泥的水化作用降低約5%～ 7% , 在1～ 0℃范圍內(nèi)水泥的水化活性劇烈地降低, 水化作用緩慢。一般當(dāng)溫度低于-3℃時(shí), 游離水將開始結(jié)冰, 溫度達(dá)到- 10℃左右時(shí),游離水幾乎全部凍結(jié)成冰, 致使水泥的水化和硬化完全停止。

　　當(dāng)水轉(zhuǎn)化為固態(tài)的冰時(shí), 其體積約增大9% , 使水泥混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力, 造成骨料與水泥顆粒的相對位移及內(nèi)部水分向負(fù)溫表面遷移, 在水泥混凝土體內(nèi)形成冰聚體引起局部結(jié)構(gòu)破壞。水在4℃時(shí)的密度最大, 當(dāng)溫度降至4℃以下時(shí), 實(shí)際上水的體積已開始膨脹, 這對于新拌水泥混凝土新形成的水泥水化物結(jié)構(gòu)會造成損害。根據(jù)試驗(yàn)資料: 新澆筑的水泥混凝土過早遭受凍結(jié)將大大降低極限強(qiáng)度, 強(qiáng)度損失率可能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)號的50% , 甚至引起整體結(jié)構(gòu)破壞; 但當(dāng)水泥混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度后遭受凍結(jié), 水泥混凝土的極限強(qiáng)度損失較小, 也不會發(fā)生整體結(jié)構(gòu)破壞。因此, 在冬季低溫施工時(shí), 應(yīng)向水泥混凝土的拌和水中摻入一定量的防凍劑, 以使水泥混凝土在負(fù)溫下保持足夠的液相, 使水泥的水化得以繼續(xù)進(jìn)行; 轉(zhuǎn)入正溫后, 水泥混凝土強(qiáng)度能進(jìn)一步增長,并達(dá)到或超過設(shè)計(jì)標(biāo)號。

　　在東北、華北、西北地區(qū), 每年有3～ 6 個月處于寒冷季節(jié), 水泥混凝土防凍劑在混凝土冬季施工中占有相當(dāng)重要的位置, 摻防凍劑混凝土施工方法發(fā)展異常迅速, 這是由于以下原因。

　　(1) 摻防凍劑水泥混凝土的施工方法簡便, 節(jié)約能源, 不需要復(fù)雜的設(shè)備, 大、中、小建筑公司均可采用, 受到人們的普遍歡迎。

　　(2) 我國以及世界各國雖然研制了各種早強(qiáng)水泥, 這些水泥用于冬期施工也比較方便; 但由于這種水泥常因供應(yīng)不及時(shí)、價(jià)格較貴而不能被普遍采用。在實(shí)際工程建設(shè)中大量使用的是普通硅酸鹽水泥,這些品種水泥在冬期施工中的應(yīng)用, 必然相應(yīng)地帶動防凍劑的開發(fā), 可以預(yù)計(jì), 隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,水泥混凝土防凍劑必然愈來愈顯示出其生命力^{[ 1 ]}。為便于廣大公路工程技術(shù)人員掌握防凍劑的技術(shù)內(nèi)容和使用要求, 規(guī)范防凍劑在公路工程中的合理應(yīng)用, 提高工程質(zhì)量, 本文結(jié)合交通部公路司2006年發(fā)布的《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》(以下簡稱指南) 中有關(guān)防凍劑的內(nèi)容,對應(yīng)用于公路工程防凍劑的有關(guān)技術(shù)控制指標(biāo)進(jìn)行簡要介紹。

1　防凍劑的主要品種和性能指標(biāo)

1．1　防凍劑的主要品種

　　用于公路工程水泥混凝土中的主要防凍劑品種有防凍劑、早強(qiáng)防凍劑和復(fù)合型防凍劑。

1．1．1　防凍劑

　　(1) 強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽類。

　?、俾塞}類: 以氯化鈉、氯化鈣等為防凍組分的防凍劑;

　　②氯鹽阻銹類: 含有阻銹組分, 并以氯鹽為防凍組分的復(fù)合防凍劑;

　?、蹮o氯鹽類: 以硫酸鈉、硫代硫酸鈉、亞硝酸鹽、硝酸鹽、碳酸鉀等無機(jī)鹽為防凍組分的防凍劑。

　　(2) 水溶性有機(jī)化學(xué)成份類: 以尿素、氨水、三乙醇胺、甲醇、醋酸鈉等有機(jī)化學(xué)成份為防凍組分的防凍劑。

　　(3) 上述有機(jī)化學(xué)成份與無機(jī)鹽類復(fù)合防凍劑。

1．1．2　早強(qiáng)防凍劑

　　(1) 由無機(jī)鹽防凍劑與早強(qiáng)劑復(fù)配制成的早強(qiáng)防凍劑。

　　(2) 由有機(jī)化學(xué)成份防凍劑與早強(qiáng)劑復(fù)配制成的早強(qiáng)防凍劑。

1．1．3　采用各類引氣劑和引氣(高效) 減水劑復(fù)配制成的復(fù)合型防凍劑

1．2　防凍劑的性能指標(biāo)^{[ 3 ]}

　　(1) 摻防凍劑水泥混凝土的性能要求應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1　摻防凍劑水泥混凝土的性能要求

　　注: (1) 按本表規(guī)定溫度下檢驗(yàn)合格的防凍劑, 可在比規(guī)定最低溫度低5℃的條件下使用。

　　(2) R - 7為規(guī)定負(fù)溫養(yǎng)生7 d 的抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d 的基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度之比; R 28為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d 的受檢混凝土抗壓強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)28 d 的基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度之比; R - 7+ 28 (56)

為規(guī)定負(fù)溫養(yǎng)生7 d, 脫模后, 再轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d (56 d) 的受檢混凝土抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d 的基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度之比。

　　(2) 防凍劑產(chǎn)品勻質(zhì)性檢驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)及檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)符合表2 的規(guī)定, 勻質(zhì)性檢驗(yàn)應(yīng)按《混凝土外加劑勻質(zhì)性能試驗(yàn)方法》(GBöT 8077- 2000) 進(jìn)行。

　　(3) 室內(nèi)、地下峒室或封閉空間混凝土工程含有

　　注: (1) 以尿素為主要成份的防凍劑, 含固量和含水量測定時(shí)恒溫溫度可為80～ 85℃。

　　(2) 防凍劑中氯離子含量≤011% 時(shí), 可認(rèn)為是無氯外加劑。氨或氨基類的防凍劑釋放氨量應(yīng)符合《混凝土外加劑中釋放氨限量》(GB 18588- 2001) 規(guī)定的限值。

2　復(fù)合型防凍劑的復(fù)配要求

　　(1) 復(fù)配各種防凍劑前, 應(yīng)測定各組劑的有效成份、水分及不溶物的含量, 復(fù)配時(shí)應(yīng)按各組劑的有效固體含量計(jì)算。相同化學(xué)成份的防凍劑不得復(fù)配。

　　(2) 配制復(fù)合防凍劑溶液時(shí), 應(yīng)攪拌均勻, 復(fù)配溶液中不得有結(jié)晶、沉淀、懸浮物及絮凝物。防凍劑結(jié)晶與水溫有直接關(guān)系, 某些防凍劑的溶解度對水溫很敏感, 一般常溫不析晶沉淀, 低溫會析出結(jié)晶或沉淀。在使用溫度下要求為不析晶沉淀的液體, 否則由于結(jié)晶或沉淀, 溶液濃度降低較多。懸浮物及絮凝物是復(fù)配防凍劑或外加劑不能互溶, 或在溶液中發(fā)生離子交換反應(yīng)的結(jié)果, 導(dǎo)致外加劑性能失效, 這些情況均應(yīng)加以避免。

　　(3) 防凍劑復(fù)配引氣劑、減水劑、高效減水劑和早強(qiáng)劑等外加劑時(shí), 應(yīng)進(jìn)行復(fù)合外加劑與水泥的適應(yīng)性檢驗(yàn), 防止出現(xiàn)復(fù)合外加劑對水泥不適應(yīng)。檢驗(yàn)合格后方可使用。

3　防凍劑的適用范圍

　　(1) 由于公路工程主體結(jié)構(gòu)工程大多承受動荷載或超載沖擊、振動和疲勞作用, 對施工期間的微裂紋、裂縫很敏感, 受凍后有微裂紋和裂縫的結(jié)構(gòu)不僅耐久性大為縮短, 而且極大地減少其承載能力和服務(wù)年限, 因此承受動載作用的公路主體露天工程如橋梁、涵洞和混凝土路面在負(fù)溫環(huán)境下施工不得摻用防凍劑。即連續(xù)5 晝夜平均氣溫0℃以下, 夜間最低氣溫- 5℃以下, 必須停止主體水泥混凝土結(jié)構(gòu)的冬季負(fù)溫施工。在公路水泥混凝土工程中, 露天負(fù)溫條件下僅允許摻用防凍劑施工低擋墻、低護(hù)坡、水溝、路緣石等附屬工程及隧道、洞室內(nèi)有保溫措施或遮避擋設(shè)施, 及施工期間偶爾可能受凍的混凝土襯砌、水泥混凝土路面和地面工程等。使用前應(yīng)通過試驗(yàn)確定防凍劑的品種和摻量, 這是確保質(zhì)量和耐久性的措施。

　　(2) 針對國內(nèi)高寒和寒冷地區(qū)高等級公路水泥混凝土路面、路緣石及路肩石冰凍和鹽凍破損相當(dāng)嚴(yán)重、且數(shù)量很大的情況, 公路水泥混凝土暴露結(jié)構(gòu)表面除施工期抗凍外, 還應(yīng)有長期抗凍耐久性要求。因此要求水泥混凝土路面、鋼筋混凝土橋(涵) 面鋪裝層、混凝土緣石、混凝土護(hù)欄、水位變動區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)和涵洞應(yīng)在使用防凍劑的同時(shí), 摻入引氣劑或復(fù)合制成的引氣防凍劑、引氣(高效) 減水防凍劑。即使正常施工季節(jié), 可不摻用防凍劑, 也應(yīng)摻入引氣劑來抵御營運(yùn)期凍害, 提高水泥混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗凍耐久性。水泥混凝土含氣量應(yīng)符合表3和表4 規(guī)定。

　　(3) 公路橋梁、路面、隧道、擋土墻等水泥混凝土結(jié)構(gòu)中使用的防凍劑品種及其摻量, 應(yīng)根據(jù)環(huán)境負(fù)溫、水泥混凝土表面冰點(diǎn)溫度、施工條件等, 通過試驗(yàn)優(yōu)選確定。并應(yīng)符合下述規(guī)定。

　?、俸瑥?qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽防凍劑, 為防止氯鹽及電化學(xué)銹蝕嚴(yán)禁用于下列公路工程水泥混凝土結(jié)構(gòu)中:

　　(a) 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件;

　　(b) 相對濕度大于80% 環(huán)境中使用的露天、水淋、水沖刷、水位變動區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件,暴露在海水浪濺區(qū)和水位變動區(qū)、處于海風(fēng)環(huán)境范圍內(nèi)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件;

　　(c) 大體積混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);

　　(d) 直接接觸酸、堿或其他腐蝕性介質(zhì)的水泥混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);

　　(e) 經(jīng)常處在使用溫度60℃以上的混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 需經(jīng)蒸養(yǎng)的鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件;

　　(f) 表面有裝飾、有金屬裝飾要求或要求色彩一致的混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件;

　　(g) 薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 橋梁上部主梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 承受中、重、特重交通量的橋梁下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);

　　(h) 使用冷拉鋼筋或冷拔低碳鋼絲的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);

　　(i) 集料具有堿活性的混凝土結(jié)構(gòu);

　　(j) 有照明和排風(fēng)設(shè)施的隧道鋼筋混凝土襯砌,使用陰極防護(hù)措施的橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 埋置照明線路、使用直流電以及距離直流電源100 m 以內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);

　　(k) 有鍍鋅鋼材或鋁鐵相接觸部位的結(jié)構(gòu)、以及有外露鋼筋預(yù)埋鐵件而無防護(hù)措施的結(jié)構(gòu);

　　( l) 海水、鹵水、及地下含有酸、堿腐蝕介質(zhì)中的墩、橋墩、樁、橋樁、系梁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

　?、跒榉乐逛摻?、預(yù)應(yīng)力筋電化學(xué)銹蝕以及堿集料反應(yīng), 規(guī)定含鉀鈉離子的防凍劑用于與水接觸或潮濕環(huán)境中公路工程混凝土結(jié)構(gòu)時(shí), 其帶入的堿含量(N a2O + 01658K2O ) 不宜超過110 kg／m 3, 處于海水、鹽堿水等腐蝕環(huán)境中公路工程混凝土, 不得使用具有堿活性的集料。防凍劑與摻合料產(chǎn)品應(yīng)有堿含量標(biāo)識。

　　③含亞硝酸鹽、碳酸鹽的防凍劑嚴(yán)禁用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。

　?、苡袡C(jī)化學(xué)成份類的防凍劑可用于公路工程中的素水泥混凝土、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。

　?、莺辛鶅r(jià)鉻鹽、亞硝酸鹽等有毒成份的防凍劑, 嚴(yán)禁誤食, 嚴(yán)禁用于飲水工程和公路工程表面和地下向河流、湖泊、地下水排水部位或?qū)Νh(huán)保有特殊要求地域的混凝土結(jié)構(gòu)。使用過程中, 對施工人員應(yīng)采取有效的安全防護(hù)措施。

　?、逓榉乐箵]發(fā)性防凍劑對人身健康帶來不良影響, 規(guī)定含有硝銨、尿素、甲醇等刺激性氣味成份的防凍劑, 不得用于隧道及地下結(jié)構(gòu)襯砌混凝土中, 也不得用于辦公、居住等建筑結(jié)構(gòu)。

　?、哂袡C(jī)化合物與無機(jī)鹽復(fù)合防凍劑及復(fù)合型防凍劑是無氯鹽或非電解質(zhì)防凍劑, 無銹蝕之虞, 因此可用于素水泥混凝土、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件; 并應(yīng)符合上述6 項(xiàng)的規(guī)定。

4　防凍水泥混凝土的施工

　　(1) 防凍劑的選用應(yīng)符合下列規(guī)定。

　?、佼?dāng)日最低氣溫為0～ - 5℃, 水泥混凝土采用塑料薄膜和保溫材料覆蓋養(yǎng)生時(shí), 可摻用早強(qiáng)型外加劑;

　　② 在日最低氣溫為- 5～ - 10℃、- 10～- 15℃、- 15～ - 20℃, 應(yīng)分別采用規(guī)定溫度- 5℃、- 10℃、- 15℃的防凍劑;

　?、?防凍劑的規(guī)定溫度系按《混凝土防凍劑》(JC475- 2004) 規(guī)定的試驗(yàn)條件成型的試件, 在恒負(fù)溫條件下養(yǎng)生的溫度。施工使用的最低溫度可比規(guī)定溫度低5℃。

　　(2) 負(fù)溫施工摻防凍劑混凝土的原材料, 除應(yīng)滿足國家有關(guān)規(guī)定外, 尚應(yīng)符合下列要求。

　?、儇?fù)溫施工的水泥混凝土應(yīng)優(yōu)先選用發(fā)熱量大、水化反應(yīng)快、早強(qiáng)高的水泥品種或型號。應(yīng)選用硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥, 并應(yīng)優(yōu)先使用R 型水泥; 礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥, 火山灰硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度增長緩慢、初期強(qiáng)度偏低, 易遭受凍害, 因此不宜使用; 嚴(yán)禁使用高鋁水泥, 這是由于其在負(fù)溫和低溫下生成的水化產(chǎn)物結(jié)晶形態(tài)與常溫下不同, 強(qiáng)度較低, 且后期強(qiáng)度倒縮嚴(yán)重; 大體積混凝土不應(yīng)使用硫鋁酸鹽水泥或R 型水泥, 因?yàn)檫@兩種水泥的水化熱過高且過于集中, 會引起大體積混凝土的溫差開裂;水泥強(qiáng)度等級不應(yīng)低于3215 級。

　?、诖?、細(xì)集料不得含有冰、雪等凍結(jié)物及易凍裂的物質(zhì)。否則會降低拌和物的溫度, 增加用水量而降低強(qiáng)度, 其清潔程度、堅(jiān)固性和堿活性集料應(yīng)符合現(xiàn)行國標(biāo)和公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對砂石材料的規(guī)定。

　?、郛?dāng)集料具有堿活性時(shí), 由防凍劑帶入的堿含量、混凝土中的總堿含量, 應(yīng)符合《公路工程水泥混凝土外加劑與摻和料應(yīng)用技術(shù)指南》中第31017 條的規(guī)定。

　　④為了防止液體防凍劑在儲存過程低溫結(jié)晶析出、分層、沉淀, 要求儲存應(yīng)有保溫措施。

　　(3) 防凍混凝土的配合比設(shè)計(jì)。

　?、僖龤夥纼龌炷劣捎谝龤鈩┰龃罅松皾{總體積, 因此其砂率可比普通水泥混凝土降低2%～ 3% ,配合比計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入含氣量體積及其對水泥混凝土容重的影響, 但水泥用量不得減少。同時(shí)有抗?jié)B性要求的水泥混凝土, 由于對混凝土砂率要求較高, 故不應(yīng)降低砂率。

　?、谟锌贡鶅龌蚩果}凍性要求時(shí), 除含氣量應(yīng)符合表3 和表4 規(guī)定外, 水灰比宜分別不超過0150、0145; 最小水泥用量不宜低于300 kg／m 3, 路面和橋面水泥混凝土最小水泥用量不宜低于320 kg／m 3,C40 以上水泥混凝土最小水泥用量不宜低于360 kg／m 3, 橋梁等承重結(jié)構(gòu)、擋土墻等薄壁結(jié)構(gòu)水泥用量可增加5%～ 10%。C40 以上水泥混凝土, 若摻入摻合料時(shí), 最小水泥用量不宜低于340 kg／m 3。大體積混凝土的最小水泥用量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

　　(4) 防凍水泥混凝土應(yīng)根據(jù)不同負(fù)溫環(huán)境, 采用下列措施進(jìn)行施工。

　?、贇鉁卦? 5℃～ - 10℃時(shí), 可用熱水拌和混凝土; 水溫高于65℃時(shí), 熱水應(yīng)先與集料拌和, 再加入水泥拌和。

　　②氣溫在- 10～ - 20℃時(shí), 水泥應(yīng)移進(jìn)暖棚保溫, 集料可移入暖棚并采取加熱措施。集料凍結(jié)成塊時(shí)必須加熱, 加熱溫度不得高于65℃, 并應(yīng)避免灼燒, 可用蒸汽加熱集料, 蒸汽帶進(jìn)集料的水分, 應(yīng)從拌和水中扣除。

　?、蹥鉁氐陀? 20℃時(shí), 除極特殊情況或緊急搶修工程外, 必須停止公路工程所有混凝土結(jié)構(gòu)的施工。

　　(5) 防凍混凝土攪拌。

　　①嚴(yán)格控制防凍劑摻量, 誤差不應(yīng)大于±1% ,攪拌機(jī)械、拌和要求應(yīng)符合《指南》中第31018 條的規(guī)定。

　?、趪?yán)格控制水灰比及單位用水量, 由集料帶入的水分及防凍劑溶液中的水分, 應(yīng)從拌和水中扣除。

　?、鬯嗷炷翑嚢枨? 應(yīng)用熱?