一种抗冻融混凝土的制备方法

邓明超，臧军，张文耀

（1. 江苏名和集团有限公司，江苏 镇江 212028；2. 徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221000）

一种抗冻融混凝土的制备方法

邓明超1，臧军2，张文耀1

（1. 江苏名和集团有限公司，江苏 镇江 212028；2. 徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221000）

本文研究了一种抗冻融混凝土的制备方法：利用陶砂浸泡、聚乙烯醇和水泥净浆包裹，巧妙地将乙二醇置于硬化混凝土中且不影响水泥等胶凝材料的早期水化；利用乙二醇溶液冰点极低的特点，制备出抗冻等级超高的混凝土。与普通混凝土相比，其工作性能和力学性能略有降低，但抗冻等级大幅度提升，在 400 个冻融循环后，混凝土动弹性模量未见明显降低。

混凝土；抗冻融；冰点

0 前言

随着社会经济的迅速发展，建筑物对混凝土的耐久性要求不断提高。抗冻融性能是混凝土的一项重要耐久性指标。目前提高混凝土抗冻融性能的主要技术手段有两点：一是通过在外加剂中加入一些盐类来降低水的冰点，二是通过引气来缓解水的固液相变所产生的冰胀应力。这两种手段都有一定的局限性：盐类对水的冰点降低幅度不大，一般只能维持在零下几度不结冰；而引气量过大时会降低混凝土的力学性能，引气量不足往往达不到抗冻融效果，即使引气量适度，其对冰胀应力的缓解也只能维持在一定限度之内[1-3]。

本文采取了一种全新的技术手段，首先将陶砂浸泡于乙二醇中，然后向陶砂的表面喷洒聚乙烯醇水溶液以在所述陶砂的表面包覆一层有机膜，接下来在陶砂的表面包覆一层水泥净浆。这使得混凝土内部长期存在着冰点极低的乙二醇或/和丙三醇溶液，即使在温度为-40℃的低温环境中，混凝土内部也不会发生液体的液固相变，因此也就不会产生冰胀压力，冻融循环对混凝土不会产生破坏性伤害。

1 原材料

（1）水泥：台泥P·O42.5水泥，28d 强度为49.7MPa；

（2）矿粉：坚鹏矿粉，比表面积420m2/kg，需水量99%，28d活性指数105%；

（3）粉煤灰：镇江谏壁Ⅱ级灰，45μm方孔筛筛余15%，烧失量1.8%，需水量比99%；

（4）细骨料：Ⅱ区中砂，细度模数2.7，含泥量1.4%；

（5）粗骨料：碎石，5～25mm连续级配；

（6）陶砂：页岩质，筒压强度3.3MPa；

（7）水：市政自来水；

（8）减水剂：镇江特密斯PCA，减水率25%；

（9）乙二醇：分析纯；

（10）聚乙烯醇水溶液：质量百分比浓度为4%，聚乙烯醇的醇解度为90%。

2 试验方法

将页岩质陶砂浸泡于分析纯级的乙二醇中，待陶砂充分吸收乙二醇后，在陶砂表面喷洒质量百分比浓度为5%的聚乙烯醇溶液，使陶砂表面包覆一层有机膜，在膜形成后，再在陶砂表面包覆一层水灰比为0.3的水泥净浆，待净浆硬化后，将陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料，拌制出抗冻性能良好的混凝土。

测试方法参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力学试验方法》、GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的有关规定进行，测试的项目包括混凝土拌合物的工作性能、硬化混凝土的力学性能和抗冻融性能，对比低、中、高三个强度等级混凝土在采取措施前后的性能差异，具体混凝土配比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3 试验结果及分析

3.1 混凝土工作性能的变化

按照表1指定的配合比分别拌制C15/C30/C50三种强度等级的混凝土，随后用处理后陶砂以质量比10%的比例替代细骨料，参照 GB /T 50080—2002 《普通混凝土拌合物性能试验方法》测试混凝土的坍落度和坍落度经时损失，结果如表2所示。

表2 混凝土拌合物工作性能比较

由表2 可知，将处理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料后，与基准混凝土相比，混凝土拌合物的工作性能基本相当或略有降低。这是由于陶砂表面有干燥的水泥净浆吸水性高于普通细集料表面所致。

3.2 混凝土力学性能的变化

按照表1指定的配合比分别拌制C15/C30/C50三种强度等级的混凝土，随后用处理后陶砂以质量比10%的比例替代细骨料，参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学试验方法》测试混凝土的7d、28d抗压强度，结果如表3 所示。

表3 硬化混凝土力学性能比较

由表3 可知，将处理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料后，与基准混凝土相比，硬化混凝土的7d和28d抗压强度略低。随着强度等级的提高，这种差异有缩小的趋势。这是由于陶砂的本征强度低于天然骨料，掺杂后力学性能必然会有下降，而随着强度等级的提高，水泥石对强度的决定作用凸显，因而力学性能的差异有所缩小。

3.2 混凝土抗冻等级的变化

按照表1指定的配合比分别拌制C15/C30/C50三种强度等级的混凝土，随后用处理后陶砂以质量比10%的比例替代细骨料，参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试混凝土的抗冻等级，结果如表4所示。

表4 硬化混凝土抗冻等级比较

由表4 可知，将处理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料后，混凝土的抗冻等级大幅度提升。在400个冻融循环后，各强度等级混凝土动弹性模量均未见明显降低。

4 应用技术手段

乙二醇具有抑制水泥水化的作用，若在混凝土拌合阶段加入，会使混凝土无法凝固或大幅度降低混凝土的力学性能，因而不能直接应用。本方法通过使用内部多孔的陶砂作为载体，将陶砂浸泡于乙二醇中，陶砂充分吸收乙二醇后，在陶砂表面喷洒聚乙烯醇溶液，使陶砂表面包覆一层有机膜，通过控制聚乙烯醇溶液的浓度和用量来控制膜的厚度，在膜形成后，再在陶砂表面包覆一层水泥净浆，以增强陶砂表面的抗磨性能。将处理过的陶砂掺入到预拌混凝土中，在拌合过程中，乙二醇被聚乙烯醇膜封闭在陶砂内，不会对水泥的水化产生影响，随着时间的推移，混凝土中的胶凝材料已充分水化，此时聚乙烯醇膜逐渐老化，陶砂中的乙二醇渗出，在混凝土内部形成了抗低温的乙二醇溶液。而膜的厚度不一使得膜的老化速度存在着较长的时间梯度。可以维持混凝土内部长期的乙二醇溶液的浓度，使得混凝土的抗冻等级长期稳定在一个较高的水平。

采用表面包裹的方法巧妙地避免了乙二醇的负面作用，使得配制超高抗冻等级混凝土成为可能。

5 结论

（1）将处理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料后，与基准混凝土相比，混凝土拌合物的工作性能基本相当或略有降低。

（2）将处理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料后，与基准混凝土相比，硬化混凝土的7d和28d抗压强度略低。随着强度等级的提高，这种差异有缩小的趋势。

（3）将处理后的陶砂以10%的比例替代混凝土中的细骨料后，混凝土的抗冻等级大幅度提升。在400个冻融循环后，各强度等级混凝土动弹性模量均未见明显降低。

[1] 李文伟，陈文耀，刘文彦，等．混凝土芯样抗冻性试验研究[A]．杨彦克，陈改新主编．混凝土工程耐久性研究和应用[C]．成都：西南交通大学出版社，2006: 183-187．

[2] 刘艳霞，陈改新，鲁一晖．高频振捣对混凝土含气量、抗冻性和气泡参数的影响[J]．水力发电学报，2009(6): 106-111.

[3] Lianxiang Du, Kevin J .Folliard.Mechanisms of Air Entrainment in Concrete [J].Cement and Concrete Research, 2005, 35: 1463-1471.

［通讯地址］江苏省镇江市金润大道 87 号（212028）

邓明超（1981—），男，工程师，从事水泥基建筑材料的生产与研究。