注浆材料中防冻剂的种类与作用探讨

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  摘要:防冻剂的主要作用是提高早期强度,防止水泥基注浆材料受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一就是降低冰点的物质。它的主要作用是使水泥基注浆材料的水分在尽可能低的温度下结冰,防止因水分的冻结而产生的冻胀应力,保证了负温下水泥基注浆材料强度的增长。本文结合工程实践,对防冻剂的种类与作用谈谈自己的体会。
  关键词:外加剂,防冻剂,配合比
  1.概况
  随着我国建筑行业的迅猛发展,建筑使用的混凝土量逐年增多,外加剂是现代建筑行业中不可或缺的一部分。外加剂是一种复合型化学建材。大量的工程实践表明,在混凝土和注浆材料中掺入适量的外加剂,可以改善水泥基注浆材料的性能,提高水泥基注浆材料的强度、节省水泥和能源,改善工艺和劳动条件,提高施工速度和工程质量,保护环境,具有显著地经济效益和社会效益。
  在合肥高速·翡翠湖畔项目中,低温下底板混凝土浇筑成为一个攻关难题,由于地域和气候的原因,我国规定当室外日平均气温地域5℃即进入冬季施工。基于此,为了保证混凝土施工的质量和进度,现场提出使用防冻剂。防冻剂是一种能使水泥基注浆材料在负温下硬化而不需要加热,最终能够达到与常温养护的水泥基注浆材料相同的质量水平。
  2.防冻剂的组成及分类
  防冻剂的主要作用是提高早期强度,防止水泥基注浆材料受冻破坏。防冻剂中的有效组分之一就是降低冰点的物质。它的主要作用是使水泥基注浆材料的水分在尽可能低的温度下结冰,防止因水分的冻结而产生的冻胀应力,保证了负温下水泥基注浆材料强度的增长。
  防冻剂绝大多数都是复合型外加剂,由防冻组分、早强组分、减水组分、引起组分、载体等材料组成。
  (1)防冻组分
  防冻成分如氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、硫代硫酸钠、乙酸钠、尿素等。作用:降低水的冰点,使水泥在低温下能够继续水化。
  (2)早强组分
  早强成分如氯化钙、氯化钠、硝酸钠、硝酸钙、亚硝酸钙、三乙醇胺、硫代硫酸钠、硫酸钠等。作用:提高浆料的早期强度,抵抗水结冰产生的膨胀应力及降低冰点,使浆料尽快达到或超过浆料的受凍临界强度。
  (3)减水组分
  减水成分如木质磺酸钙、木钠、萘系高效减水剂、以及三聚氰胺、氨基磺酸盐、煤焦油系减水剂。作用:减少拌合物用水量,细化毛细管,提高毛细管中防冻剂浓度,降低冰点;减少水泥基注浆材料中冰的含量,并使冰晶粒细小且均匀分散,减轻对浆料的破坏应力并提高强度及耐久性。
  (4)引气组分
  引气成分如松香热聚物、皂荚素类减水剂、木质磺酸钙、木钠、蒽系减水剂等。其作用:在浆料中引入适量封闭的微气泡以减轻冰胀应力。,实验表明,应用引气减水剂的冰胀应力仅为单掺无机防冻剂的十分之一。含气量以3% 至5%为宜。
  (5)载体
  载体如粉煤灰、磨细矿渣、砖粉等,其作用一是使一些液体状或微量的组分掺入,并使各组分均匀分散;二是避免受潮结块;三是便于干粉掺加使用。
  3.常用的防冻剂及其作用
  3.1 FD复合防冻剂(本工程应用)
  (1)产品特点与用途
  本产品为液体防冻剂,由防冻剂、早强剂和萘系高效减水剂等复合组成,系无氯盐类高效防冻剂,具有掺量少,抗冻害能力强、塑化功能高及耐久性提高的特点,适用于最低气温不低于-20℃时的情况。
  (2)原料
  ①尿素、②氯化钠、③三乙醇胺、④NF萘系高效减水剂、⑤氢氧化钠
  (3)配合比,见表1-1
  3.2 HF复合防冻剂
  (1)产品特点与用途
  本产品由亚硝酸钠、尿素及载体等材料复合而成,为灰色粉末,pH值为8至9,系非氯盐类防冻剂,兼有防冻与减水作用。在负温条件下,具有较强的抗冻能力,并使注浆材料具有较高的早期强度和优良的技术性能。HF复合防冻剂适用于日最低气温-5℃至-15℃冬季施工情况。本产品具有降低冰点作用及较好的减水作用,减水率可达到10%以上;7天强度可以达到设计标号的50%以上,28天强度可以达到设计强度的80%以上,28天后即使在负温条件下,强度仍然可以继续增加;具有抗冻、阻锈和减水的功能,对钢筋无锈蚀作用;对水泥品种的适应性强,适用于各种水泥。
  (2)原料
  ①氯化钠、②亚硝酸钠、③尿素、④粉煤灰
  3.3 FD型防冻剂
  (1)产品特点与用途
  FD型防冻剂由早强防冻剂无水硫酸钠、亚硝酸钠、萘系高效减水剂和引气剂及载体组成。性状为灰白色粉末的非氯盐高效复合防冻剂,对钢筋无锈蚀危害,兼有防冻早强和减水作用,可减少拌合用水15%至20%。本产品适用于日最低-10℃至-15℃以上地区的冬季施工情况。
  本产品能显著改善保水性,负温下注浆材料强度增长较快,-10℃龄期7天强度达到设计强度的25%,14天强度达到45%以上,28天强度达到65%,-15℃7天强度达到设计的15%,14天强度达到30%以上,28天强度达到45%以上,负温7天后标养28天的强度可达设计强度等级,对钢筋无锈蚀;
  (2)原料
  ①亚硝酸钠、②无水硫酸钠、③烷基苯磺酸钠、④粉煤灰
  3.4 MRT复合防冻剂
  (1)产品特点及用途
  MRT复合防冻剂是由防冻剂、早强剂、减水剂和引气剂组成,灰色粉末,不含氯离子。具有防冻、早强、减水、引起等综合作用。在低温(0—20℃)条件下,综合蓄热法施工,掺少量防冻剂(2%—3%),三天内即可达到规范要求的界面强度,可缩短养护时间,使注浆材料很快具有抗冻能力,实现冬季连续施工。与标准养护比较,不降低注浆材料的后期强度。
  本产品由较好的减水作用和降低冰点的作用,减水率可达到10%—20%,掺量为水泥质量的4%时,减水率为11%左右,含气量约为3.5%,保水性显著改善,凝结时间有所缩短。具有一定的塑化作用,能改善水泥的和易性;对钢筋无锈蚀作用。
  (2)原料
  ①亚硝酸钠、②尿素、③无水硫酸钠、④硝酸钠、⑤酒石酸、⑥木质素磺酸钙、⑦NF萘系高效减水剂、⑧十二烷基硫酸钠、⑨粉煤灰
  (3)配合比,见表1-4
  表1-4 MRT复合防冻剂配合比
  随着材料科学这门学科的这些年的发展,防冻剂的种类繁多,涉及到的化学药剂也越来越多,以上列举了一些有代表性的防冻剂品种。
  4. 结论
  通过分析可知:防冻剂配方使浆液的流动性能大大增强(黏度小),并且注浆材料的早期强度也大大增大,使浆液达到了注浆的基本要求:在流动时要求流动性能好;在到达注浆点后,尽可能快的形成强度。因此冬季进行水泥注浆施工时,合理使用防冻剂,既可以提前工期,减轻第二年的工程量,又会给企业带来巨大的经济效益,工程质量也符合国家行业规范要求。
  参考文献
  [1]周胜军等.混凝土防冻剂液灰比研究.北京工业大学学报,1995年第三期
  [2]巴恒静等.对冬季施工中应用防冻剂几个问题的讨论.低温建筑技术,1990年第二期
  [3]重点工程砼安全性研究.“九五重点科技项目鉴定资料”
  作者简介:
  1、李永超(1988—),男,汉族,山东日照人,工程师,学士,从事土建施工;
  2、董奇(1988—),男,汉族,浙江绍兴人,工程师,学士,从事土建施工;
  3、万锦超(1989—),男,汉族,江西景德镇人,工程师,学士,从事土建结构设计。
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