2010岩土工程师考试：阻锈型混凝土液体防冻剂的研发

　近年来，在混凝土冬季施工中，普遍采用掺防冻剂的负温混凝土方法代替了传统的电热法或蓄热法，此技术施工方便，既能保证工程质量，又有良好的经济效益。
　　传统配方一般存在以下问题：1）防冻剂中的氯盐离子引起钢筋锈蚀，继而影响混凝土的耐久性；2）多为粉剂，计量准确度差，应用中易造成环境污染；3）组分中无机盐类多含有Na+，这些无机盐易产生碱骨料反应；4）掺量高；在-10℃~-15℃条件下，分两级掺入，掺量为2％～l0％（按水泥量计，质量分数）；5）有的品种内含有氨类，对室内环境造成污染。
　　于是，低温早强、无氯、低碱、低掺量、对人体和环境无潜在危害；且满足混凝土施工性能和混凝土耐久性成为人们对混凝土防冻剂更高的追求目标。
　　配方组分选择
　　我们的研究是以粉剂防冻剂为基础，选择了早强剂+减水剂+引气剂的配方模式，以保证混凝土在冬季施工的时候，既能在低温下硬化，又能使混凝土在受冻前具有一定免遭冻害的强度。传统配方的粉剂中含有大量的无机盐，溶解度低，不易形成稳定的液相。尤其在低温条件下，大量析晶，无法液体化。因此，要实现防冻剂的液体化，首先要考虑其含固量的大小，复合后是否会有不溶物产生，是否会有分层、沉淀、结晶及产品黏度等问题。我们研究的产品以有机类代替部分无机盐类，采用有机组分为主、无机组分为辅进行多种组分复合，以达到无钠、低掺量和环保的目的。
　　选择A、B为早强组分，C、D为减水组分，E为自配引气组分，掺量均为水泥质量的3％，水泥采用山西水泥厂生产的P·O42.5水泥。试块成型后，同一编号试块正温养护2组，其余静停4h后放入-10℃冰箱，冻7d后拆模放入标养室养护至规定龄期试验。
　　单掺一种早强组分，早强作用不明显，通过复掺可以很好地解决早强问题。此外，加入自配的引气组分，可使引入的气泡大小均匀、形状规则，引气组分还可以形成很多封闭型微气孔，以缓解冻胀应力的破坏，提高混凝土的早期防冻害性能，并改善混凝土的工作性能。由表1可知，a-3的配比效果最佳，其配比组成为A+B+C+D+E，防冻组分及减水组分均采用复合掺入，达到了1+1≥2的效果。
　　结果与讨论
　　（1）-10℃条件下掺量的选择
　　为确定产品在-10℃条件下的最佳掺量，选择质量分数为0、2%、2.5%、3%、3.5%5种掺量进行实验，结果见表2.
　　可以看出，-10℃条件下掺量为2.5%~3.5%时效果较好，故选择最佳掺量为3%.
　　（2）防冻剂对不同水泥的适应性
　　选择东山、广厦、晋源和狮头4个品种的水泥，各掺入3％防冻剂进行适应性实验，结果见表3.
　　可以看出，加入相同掺量的防冻剂后，不同水泥的混凝土（-7+56）d的抗压强度均达到并超过28d混凝土强度，说明该防冻剂对水泥有良好的适应性。
　　（3）自然负温条件下混凝土的强度由表4可以看出，掺防冻剂的混凝土在自然负温养护条件下，（-28～+56）d强度达到了28d标养强度，混凝土最终强度不受影响。
　　产品检验
　　为考察掺加防冻剂后混凝土的含气量、氨释放量及对钢筋锈蚀的影响，我们将产品送到山西省建筑工程质量监督检验站检验，得到表5的检验结果。
　　工程应用
　　2002年年底～2003年年初，我们将该防冻剂用于太钢不锈钢园区综合楼地基、二冷轧热线柱基和新建搅拌站地面等工程中，满足了施工要求，取得了较好的效果。具体应用情况见表6.
　　我们在研究时选择了早强剂+减水剂+引气剂的配方模式，配成阻锈型液体防冻剂，该防冻剂有以下特点：①掺量低，掺量仅为0.7％~1.0％（以含固量计，质量分数）；②低钠、无氯，不会造成钢筋锈蚀和碱骨料反应；③匀质性好，低温不析晶，无沉淀；④不含氨类，对环境无污染；⑤便于计量，易实现商品化。