适用于-15℃环境下混凝土防冻泵送剂的开发研究

邓其林

（江西科之杰新材料有限公司）

1 研究背景

随着我国基础建设的加快进行，施工部门要求加快速度以提高经济效益，且我国将近13 个省区每年都有几个月的低温时期，越来越多的工程要求在负温季节条件下施工，而混凝土在低、负温条件下施工会导致一系列问题：如水泥水化慢，强度增长慢；因混凝土内部自由水结冰，体积增大，导致混凝土胀裂；混凝土解冻后内部不密实，导致混凝土抗压强度低或无强度、耐久性差等。因此，研制出一种新型聚羧酸系防冻泵送剂，来改善负温混凝土冬季施工中的工作性能、力学性能与耐久性能等问题，简化负温施工养护措施，提高施工效率，对保证我国负温地区地区的工业与民用建筑、市政、桥梁、公共设施等工程质量将起到积极的作用。

2 实验部分

2.1 主要原材料

所用的原材料如下：

⑴水泥：某品牌水泥P.O 42.5，各性能指标表1。

表1 水泥各性能指标

⑵砂：机制砂，性能指标如表2。

表2 砂各性能指标

⑶粉煤灰：II 级粉煤灰，性能指标如表3。

表3 粉煤灰各性能指标

⑷碎石：采用5～31.5mm 粒径，各指标含量如表4。

表4 碎石各指标性能

⑸防冻剂：防冻剂A(甲醇，分析纯)、防冻剂B(乙二醇，分析纯)、防冻剂C(硝酸钠，分析纯)、防冻剂D(硝酸钙，分析纯)。

⑹减水剂：试验采用某公司生产的母液A（含固量49.17%，保坍母液）、母液B（含固量49.22%，减水母液）。试验用两种母液与防冻剂配置成防冻泵送剂，配置减水剂过程保持母液用量一致，通过添加不同种类、不同用量防冻剂进行对比试验。

⑺水：试验采用自来水。

2.2 测试方法

按JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》，GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行试验。

3 实验结果与讨论

3.1 防冻泵送剂防冻性能分析

3.1.1 单一组分防冻泵送剂防冻性能分析

在单吨防冻泵送剂中添加防冻组分，防冻组分添加量进行梯度配制，在-15℃环境下静置72h，防冻泵送剂自身防冻性能如图1 所示。

图1 单一组分防冻剂配制的防冻泵送剂防冻性能测试

从图1 可以看出：

⑴防冻剂A 添加量＜140kg/t 时，防冻泵送剂为固态；140kg/t≤防冻剂A 添加量＜180kg/t 时，防冻泵送剂为固液相间，防冻剂A 添加量≥180kg/t 时，为液态。

⑵防冻剂B 添加量＜220kg/t 时，防冻泵送剂为固态；防冻剂B 添加量≥220kg/t 时，为液态。

⑶防冻剂C 和防冻剂D 添加量不同用量时，防冻泵送剂均为固态。

⑷随着防冻剂A 和防冻剂B 添加量升高，所配制的防冻泵送剂自身能够在-15℃环境下不结冰；随着防冻剂C 和防冻剂D 单独添加量升高，所配制的防冻泵送剂自身不能够在-15℃环境下确保不结冰；

3.1.2 复合组分防冻泵送剂防冻性能分析

因防冻剂A 和防冻剂B 所配制的防冻泵送剂自身能够在-15℃环境下不结冰，且防冻剂A 存在易挥发特性，现选择防冻剂B 分别与防冻剂C 和防冻剂D 在单吨防冻剂泵送剂中添加两种防冻组分，防冻组分添加量进行梯度配制，在-15℃环境下静置72h，防冻泵送剂自身防冻性能如图2 所示。

图2 复合组分防冻剂配制的防冻泵送剂防冻性能测试

从图2 可以看出：随着防冻剂C 和防冻剂D 添加量升高，复合所需的防冻剂B 用量降低即可达到所配制的防冻泵送剂自身能够在-15℃环境下不结冰，且防冻剂B 的用量不低于50kg/t。

3.2 混凝土配合比

混凝土配合比如表5 所示。

表5 混凝土配合比 （kg/m3）

3.3 不同防冻剂对混凝土性能的影响

3.3.1 单一组分防冻泵送剂混凝土抗压强度比分析

在单吨防冻泵送剂中添加防冻组分，选取在-15℃环境下静置72h，防冻泵送剂自身未冻结样品进行混凝土实验，混凝土立方体抗压强度如图3、图4 所示。

图3 防冻剂A 配制防冻泵送剂混凝土抗压强度

图4 防冻剂B 配制防冻泵送剂混凝土抗压强度

从图3 和图4 可以看出：所选取的未冻结添加防冻剂A 和防冻剂B 的样品，R-7的抗压强度比均偏低，或出现脱模碎裂情况，R-7强度未能符合JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》Ⅰ类指标的要求；R28 和R-7+28 能够符合JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》Ⅰ类指标的要求。因此单独添加所选取防冻剂不能够满足产品开发的要求。

3.3.2 复合组分防冻泵送剂混凝土抗压强度比分析

选择防冻剂B 分别与防冻剂C 和防冻剂D 在单吨防冻剂泵送剂中添加两种防冻组分，防冻组分添加量进行梯度配制，在-15℃环境下静置72h，对防冻泵送剂自身未冻结样品进行混凝土实验，混凝土立方体抗压强度如图5、图6 所示。

图6 防冻剂B 与防冻剂D复合配制防冻泵送剂混凝土抗压强度

从图5 和图6 可以看出：

⑴所选取的未冻结添加防冻剂B 分别与防冻剂C和防冻剂D 复合的样品，R-7的抗压强度比随着防冻剂C和防冻剂D 用量的升高而升高，且当防冻剂C 用量达到150kg/t 和防冻剂D 用量达到150kg/t 时，抗压强度比能够符合JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》Ⅰ类指标的要求。

⑵所选取的未冻结添加防冻剂B 分别与防冻剂C和防冻剂D 复合的样品，R-7和R-7+28的抗压强度比均能够符合JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》Ⅰ类指标的要求。

⑶防冻剂B 和防冻剂C 复合防冻剂的抗压强度比均优于防冻剂B 和防冻剂D 复合防冻剂的抗压强度比。

4 结论

研究结论如下：

⑴防冻剂A 添加量≥180kg/t 时或防冻剂B 添加量≥220kg/t 时，能够确保防冻泵送剂在-15℃环境下自身不冻结。单独添加防冻剂C 和防冻剂D 时均不能确保防冻泵送剂在-15℃条件下自身不冻结。

⑵随着防冻剂C 和防冻剂D 添加量升高，复合所需的防冻剂B 用量降低即可达到所配制的防冻泵送剂自身能够在-15℃环境下不结冰，且防冻剂B 的用量≥50kg/t。

⑶单独添加防冻剂A 和防冻剂B 配制的防冻泵送剂，R-7的抗压强度比均不能满足JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》Ⅰ类指标的要求，因此单独添加方案不可行。

⑷防冻剂B 分别与防冻剂C 和防冻剂D 复合的样品，R-7的抗压强度比随着防冻剂C 和防冻剂D 用量的升高而升高，且当防冻剂C 用量达到150kg/t 和防冻剂D 用量达到150 kg/t 时，抗压强度比能够符合JG/T377-2012《混凝土防冻泵送剂》Ⅰ类指标的要求。

⑸防冻剂B 和防冻剂C 复合防冻剂的抗压强度比均优于防冻剂B 和防冻剂D 复合防冻剂的抗压强度比。