葡萄糖酸钠对混凝土抗冻性能影响研究

矫玉坤

（中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西西安 710043）

1 研究背景

由于混凝土实体结构长期暴露在外或水中，尤其是冬季气温极低的恶劣环境中，实体结构会出现一些程度不同的破坏。这就要求工程施工人员除了要重视混凝土质量问题，还要重视混凝土的其他一系列问题。

葡萄糖酸钠又称葡钠，是生产混凝土用减水剂的一种化学品，大量研究证明葡萄糖酸钠加入减水剂中后在改善混凝土的耐久性能和强度性能以及施工性能等方面效果非常明显。东北地区冬季时间长，冬季气温特别低，所以高性能混凝土的抗冻性显得尤为重要。本文以东北地区施工项目为背景，通过快冻快融试验，来研究混凝土中的葡萄糖酸钠含量对抗冻性的影响程度。

2 试验依据设计

2.1 用材及参数实测数值（见表1~表4）

表3 大绥河砂厂砂试验检测结果

2.2 混凝土配合比

本次试配以C55高性能混凝土配合比为基准配合比，减水剂采用自建外加剂复配站复配的聚羧酸减水剂，掺量为粉体材料合计用量的2.05%，葡萄糖酸钠在减水剂中的用量分别为减水剂母液的0%~8%，通过对混凝土进行试验室试拌，发现葡萄糖酸钠用量的增加不会影响减水剂的整体性能、减水剂与水泥之间的相容性及混凝土拌合物的施工和易性。

2.3 主要研究方向

本试验采用的固定0.29相对较低的水胶比配制C55高性能混凝土，葡萄糖酸钠占减水剂母液的比例分别为0%~8%。试件的制备过程和成型、养护过程均严格按照标准规范进行。养护56d后进行抗冻性试验。主要研究不同葡钠掺量的减水剂配置的混凝土试件外观形态、抗冻、质量损失、动弹模量的影响，分析确定葡萄糖酸钠的最佳、最大掺加量，以保证在严寒地区尤其东北地区冬季气温很恶劣的自然环境中的工程实践提供试验和理论依据[1-2]。

3 试验结果与分析

3.1 葡萄糖酸钠在减水剂中的掺加量，对混凝土表面形态的影响

混凝土的冻融破坏的原理是水泥的组成物质与水反应后，生成的新物质结构由密实状态到松散状态引起的，并有微小裂纹的产生和发展，在反复冻融作用下微小裂纹会逐渐增多，从而导致试件相对动弹模量值和强度值降低、试件表面产生损坏掉落现象，最终试件会完全损坏。反复快冻快融循环试验前，试件表面平整、无裂纹。经过一百次的冻融循环后，试件表面的混凝土出现了不同程度的掉落现象。随着葡钠掺量在减水剂中逐渐增加，试件表面的掉落程度越来越严重，表面出现了蜂窝麻面现象。当葡钠掺量为8%时，三百次冻融循环结束后试件表面的蜂窝麻面现象很严重。

表1 辽宁阜新一家大型水泥厂水泥试验检测结果

表2 董家超群石厂粗骨料试验检测结果

表4 德惠市热电厂粉煤灰试验检测结果

3.2 葡萄糖酸钠在减水剂中的掺量，对混凝土质量损失百分率产生的影响

混凝土表面掉渣现象是质量损失的重要原因之一。试样反复冻融循环三百次的质量损失百分率变化发展规律见图1。从图1可见，混凝土的质量损失呈现出逐渐加重的现象，这主要是因为混凝土在凝结硬化的过程中存在缺陷，在反复冻融试验中，试样表面的裂纹开始延伸，同时试件的质量损失率也随着葡萄糖酸钠掺量的增加而增加，当葡钠在减水剂中的量为8%时，试件的质量损失率达到2.237%，不过还没有达到规范规定的5%，是符合混凝土耐久性规范要求的。根据以上试验结果可以看出，混凝土在反复冻融的过程中，混凝土的掉落量从整体上来看不是很严重，从而说明了混凝土内部的裂纹不是很多，处于密实状态。

图1 质量损失变化规律

3.3 葡钠在减水剂中的掺量，对混凝土相对动弹性模量产生的影响（见图2）

图2 相对动弹模量变化规律

从混凝土三百次快冻快融循环相对动弹性模量结果图2中可见，在冻融循环的初始阶段，五种不同葡钠掺量的试样的相对动弹性模量结果值相接近，随着反复冻融次数的增加，试样的相对动弹性模量逐渐呈现下滑走势，而且下降的速度也不完全相同。当葡钠在减水剂中的掺量为0%、2%、4%时，试样的相对动弹性模量的下降速度不是很快，基本保持不变；而葡钠在减水剂中的掺量为6%和8%时，当反复冻融循环达到两百次后，其相对动弹性模量下降的速度有逐渐增快的趋势。当冻融循环达到三百次时，减水剂葡钠掺量为0%、2%、4%、6%、8%的混凝土相对动弹性模量分别下降了2.2%、2.5%、3.1%、5.4%、5.5%。混凝土的相对动弹性模量出现下落情况的主要原因是葡钠掺量较大时影响了水泥水化程度，影响水泥的二次水化反应，水化反应产物不能充分填补混凝土中的空洞，混凝土内部结构出现空洞而使动弹性模量呈下滑趋势。

3.4 混凝土抗冻性能分析

混凝土结构物在经受反复冻融后，出现内部开裂与表面混凝土掉落两种形式的损坏，混凝土的抗压强度和试件重量均呈下降走势，最终的结果是会导致混凝土构造物失去承载能力。在快冻快融循环试验中，冻融参数值见表5。

表5 冻融参数值

由表5可看出，葡钠在减水剂中的掺量在0%～8%，混凝土56d的耐久性DRZS远大于规范规定的60，混凝土抗冻性满足要求。

3.5 葡萄糖酸钠在减水剂中的掺加量，对混凝土凝结硬化时间产生的影响

由图3可看出，葡钠掺入量占减水剂母液的0%～8%时，混凝土的终凝硬化时间呈缓慢平稳的上升趋势，当葡钠掺入量占减水剂母液中的10%时，混凝土的凝结硬化时间陡然增大，而且通过对该混凝土进行抗压强度试验发现，混凝土抗压强度值有所下降。

图3 混凝土凝结时间变化

4 结语

通过对56d龄期试件的快冻快融试验测试研究，可以得出的结论是葡钠在减水剂中随着掺量的提高，混凝土的质量损失率逐渐增加，相对动弹性模量逐渐下降，但总体说来葡钠在减水剂中的掺量为0%～8%之间的高性能混凝土的抗冻性能较高，混凝土和易性、耐久性、凝结时间等其他指标满足规范及施工要求，可以用于严寒及自然环境恶劣条件地区高抗冻性的混凝土构件中。但当葡钠在减水剂中的掺加量达到10%以上时，混凝土的初终凝结时间会延长，会抑制混凝土强度提升。通过试验数据计算出葡钠的最大临界掺量为减水剂母液的10%，通过混凝土配合比得出即为水泥用量的0.11%。

通过复配减水剂的方式将葡萄糖酸钠加入混凝土中，可以使混凝土得凝结硬化时间延长，对中午温度特别高的地区进行混凝土施工有利，还可以用于混凝土抗冻性能要求较高的结构物中。