关于防冻混凝土与抗冻混凝土的讨论

关于防冻混凝土与抗冻混凝土的讨论

0前言

在建筑行业中，有些施工人员往往把冬期施工的混凝土与结构设计有抗冻等级要求的混凝土都称为“抗冻混凝土”。笔者认为，冬期施工的混凝土，主要是采取技术措施预防混凝土浇筑后，在未达到受冻临界强度以前不发生冻胀破坏就达到了技术要求，应称为防冻混凝土。而结构设计有抗冻等级要求，混凝土自身应具有长期抵抗冻融循环能力的，才应称为抗冻混凝土。

在相关标准规范中，查不到防冻混凝土的术语，仅能查到“掺防冻剂的混凝土”或“冬期施工的混凝土”等词语；抗冻混凝土在规范中的术语是：抗冻等级等于或大于F50级的混凝土。实际上这两种混凝土技术要求完全不同，但标准规范没有给出“防冻混凝土”的定义，或有些施工人员对标准规范学习不够，因此容易引起一些施工人员对这两种混凝土产生误解或混淆。譬如：误认为“抗冻混凝土就是掺防冻剂的混凝土”、或“大热天为什么要浇筑抗冻混凝土？”等。这些误解可能造成对抗冻混凝土的生产、浇筑和养护等环节的重视不够而影响到工程质量。

1防冻混凝土

防冻混凝土的技术要求是：在冬期施工过程中，采取可靠的技术措施，使混凝土浇筑后尽早凝结硬化，并在未达到受冻临界强度以前不得发生冻胀破坏。

当气温在0～4℃时，水的活性较低，水泥的水化反应极其缓慢，混凝土的强度发展不能达到要求。当温度低于0℃时，混凝土内部水分大部分冻结。水结成冰后产生9%的体积膨胀，混凝土结构将遭致永久性破坏；另外，水结成冰后，混凝土中没有足够的液态水参与水泥的水化反应，混凝土的强度增长极慢甚至停止。因此，冬期施工浇筑的混凝土宜掺入早强剂或防冻剂，并应在混凝土凝结硬化初期，采取适当的保温或增温措施，充分利用混凝土自身热量或外部热量（如电热法、暖棚法等），确保混凝土浇筑后的起始养护温度：严寒地区不低于10℃；寒冷地区不低于5℃，使混凝土强度具备正常增长的条件，尽快的获得受冻临界强度。

（1）冬期施工采取的技术措施

冬期施工是混凝土工程质量事故的多发季节，这是由于准备工作时间短，技术要求复杂，某一环节跟不上或仓促施工造成的。因此，应根据当地多年气象资料统计，提前做好周密计划和冬施准备工作，避免发生工程质量事故。冬期施工采取的技术措施主要有：

①材料预热法：即先将水及砂、石预先加热，再用于搅拌混凝土；

②蓄热保温法：即采用保温材料覆盖浇筑后的混凝土，使混凝土浇筑后在一定时间内保持不降温或缓慢降温；

③暖棚法：即在施工现场搭建保温加热暖棚，使混凝土浇筑后在暖棚内正温环境条件下养护，有条件时最好搅拌、浇筑也在暖棚内进行；

④掺入早强剂或防冻剂。

此外，冬期施工的混凝土宜适当提高水泥用量，或采用早强水泥，以及采用高性能减水剂或高效减水剂，尽量减少用水量等技术措施。

采取以上技术措施的目的，是为了控制和提高混凝土的出机温度和入模后温度，确保混凝土浇筑后强度具备正常增长的条件，在未达到受冻临界强度以前不发生冻害。

（2）关于早强剂和防冻剂

当今世界混凝土破坏原因按重要性排列的顺序是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。因此，掺用早强剂或防冻剂的混凝土应注意要限制氯盐含量，氯盐是诱发钢筋锈蚀的一个很重要因素，预应力混凝土和钢筋混凝土应严格按有关标准规范规定控制混凝土中的最大氯离子含量，避免发生工程质量事故，造成巨大浪费，国内外许多工程已为此付出了惨重代价。

①混凝土早强剂与组分

能加速混凝土早期强度发展的外加剂称为早强剂。在实际使用中，大多为复配早强剂，无机盐类对混凝土后期强度不利；氯盐早强剂会引起钢筋锈蚀；硫酸盐早强剂可能产生体积膨胀，使混凝土耐久性降低；钠盐早强剂将增加混凝土中碱含量，与活性二氧化硅骨料产生碱—骨料反应。早强剂过量加入，虽然混凝土早期效果好，但后期强度损失大，盐析加剧影响混凝土饰面；增加混凝土导电性能及增大混凝土收缩开裂的危险。混凝土早强剂的主要组分有：氯化钠、氯化钙、硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、重铬酸钾、三乙醇胺、三异丙醇胺、

甲醇、乙醇、甲酸钙、草酸锂、乙酸钠等。

②混凝土防冻剂与组分

能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂称为防冻剂。防冻剂绝大多数是复合外加剂，应控制早强组分和防冻组分无机盐类的掺入量，否则使用不当会引起混凝土后期强度倒缩、钢筋锈蚀及碱—骨料反应发生。

混凝土防冻剂的主要组分有：防冻组分（如亚硝酸钠、氯化钠、甲醇、尿素、氯化钙、碳酸钾等）、引气组分（如松香皂、松香热聚物、烷基磺酸钠等）、早强组分（如硫酸钠、氯化钙、硝酸钙、三乙醇胺等）、减水组分（如萘系、三聚氰胺、氨基磺酸等）。

（3）关于早强剂和防冻剂的选用

我国现行标准《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119）第7.3.1条规定：

①在日最低气温为0～-5℃，混凝土采用塑料薄膜和保温材料覆盖养护时，可采用早强剂或早强减水剂；

②在日最低气温为-5～-10℃、-10～-15℃、-15～-20℃，采用上款保温措施时，宜分别采用规定温度为-5℃、-10℃、-15℃的防冻剂。

（4）关于冬期施工与受冻临界强度

临界强度是冬期浇筑的混凝土在受冻以前必须达到的最低强度。

我国行业标准《建筑工程冬期施工规程》JGJ104规定：根据当地多年气象资料统计，当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃（日最低气温低于-30℃时）即进入冬期施工；当室外日平均气温连续5d

高于50℃时解除冬期施工。该《规程》规定冬期浇筑的混凝土受冻临界强度为：

①普通混凝土采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制时，应为设计的混凝土强度标准值的30%；采用矿渣硅酸盐水泥配制时，应为设计的混凝土强度标准值的40%；但混凝土强度等级为C10及以下时不得小于5.0MPa。

②掺用防冻剂的混凝土，当室外最低气温不低于-15℃时不得小于4.0MPa；当室外最低气温不低于-30℃时不得小于5.0MPa。

混凝土中掺入合格的防冻剂后，能降低水的冰点，并改变了冰晶结构，使混凝土在负温条件下不会发生冻胀破坏，且仍有足够的液态水使水泥的水化作用得以继续进行；转入正温后，混凝土强度能进一步增长，达到或超过设计强度要求。因此，《规程》规定掺用防冻剂的混凝土受冻临界强度明显比不掺的低。

2抗冻混凝土

抗冻混凝土是指结构设计要求混凝土具有长期抵抗冻融循环的耐久性能，即满足结构设计规定的抗冻级别。

当抗冻混凝土在冬期环境下浇筑时，还必须采取冬期施工的技术措施。抗冻混凝土无论在什么季节施工，都必须掺引气剂来达到结构设计的抗冻级别要求，提高混凝土含气量（4%～6%）是提高混凝土抗冻性能最有效的技术措施。应用抗冻混凝土的工程主要有：水工、港口、桥梁及公路等。

（1）抗冻等级和抗冻标号