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亚硝酸钠溶液浓度与冰点的关系new

添加日期:2017/5/18 16:20:18   作 者:胡刚  来源:   浏览次数:

 

摘要:

本文介绍了混凝土施工进入冬季施工的确定方法,对防冻组分原理及常见防冻组分进行分析,并对亚硝酸钠降低冰点进行实验。

 

关键词:混凝土、防冻剂、亚硝酸钠

 

 1混凝土冻害机理分析

 

混凝土拌和物浇筑后之所以能逐渐凝结硬化,直至获得最终强度,是由于水泥的水化作用。水泥水化速度除与混凝土组成材料和配合比有关外,还与外界温度密切相关。当温度升高时水化加快,强度增长加快,当温度降低到0度时,存在于混凝土中的水有一部分结冰,导致水泥水化减慢,强度增长相应变慢、温度继续降低,当混凝土中的水完全变成冰时,水泥的水化基本停止,此时混凝土的强度也不会再增长。水变成冰后体积约增大9%,同时产生约2.5 MPa的膨胀应力,这个应力往往大于混凝土内部形成的初始强度值,使混凝土受到不同程度的破坏。此外,水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌,减弱水泥浆与骨料、钢筋的黏结力。冰凌融化后还会在混凝土内部形成各种空隙,降低混凝土的耐久性。

冬期施工当混凝土强度达到某一界限值时,由于结构已初步形成,具备了抵抗冻胀破坏的能力,混凝土再受冻亦不会被冻坏,这一强度称做混凝土的抗冻临界强度。抗冻临界强度的提出是混凝土冬期施理论的一个重大突破,也是制定混凝土冬期施措施的重要依据。混凝土冬期施的关键就是要使混凝土尽快达到抗冻临界强度。防冻剂的作用在于降低拌和物冰点细化冰晶,混凝土在负温下保持一定数量的液水,使水泥缓慢水化,混凝土达到抗冻临界强度

 

2 冬季温度计算

 

根据当地多年气象资料统计,当室外日平均气温连续5日稳定低于5度时,应采取冬季施工措施;当室外日平均气温连续5日稳定高于5度时,可解除冬期施工措施。当混凝土未达到受冻临界温度而气温骤降0度以下时,应按冬期施工的要求采取应急防护措施。工程越冬期间,应采取维护保温措施。

防冻剂的品种、掺量应以混凝土浇筑后5d内的预计日最低气温选。在日最低气温-5度--10度、-10度至-15度、-15度至-20度时,应分别选用规定温度为-5度、-10度、-15度的防冻剂。

日平均气温一般比日最低温度高5度左右,施工允许使用的最低温度比规定温度低5度的防冻剂。

某日平均气温:是指一天24小时的平均气温。气象学上通常用一天2时、8时、14时、20时四个时刻的平均气温作为一天的平均气温(即四个气温相加除以4)。

 

3 防冻剂原理

 

防冻剂和防冻组分不是同一概念。防冻剂是外加剂的一种,由减水组分、防冻组分、引气组分、早强组分等所组成。其作用是使混凝土不仅在负温下硬化,且使其最终能达到常温养护的混凝土质量水平。而防冻组分是指一种使混凝土拌合物在负温环境下,免受冻害的化学物质。

混凝土防冻组分的三种作用方式:

与水混合后有很低的共溶温度,降低水的冰点,如:亚硝酸钠、氯化钠。

即能降低冰点,也能使该物质的冰的晶格造成严重变形,因而无法形成冻胀应力而破坏水化物构造,使强度降低,用量不足时,混凝土负温下强度停止增长,但转正后对最终强度无影响。如:尿素、甲醇。

不能明显降低冰点,但直接与水泥反应,有利强度发展。如:氯化钙、碳酸钾。

亚硝酸钠溶液的最低共溶点使-19.6度,作为防冻组分可以在混凝土硬化温度不低于-16度时使用。亚硝酸钠中杂质以硝酸钠为主,亚硝酸钠使硅酸三钙水化速度加速,使硅酸二钙水化减慢,因此有早强作用而后期强度提高迟缓。亚硝酸钠掺量高会使混凝土中自由水减少而混凝土强度不能提高。亚硝酸钠对钢筋有阻锈作用但使碱含量提高。亚硝酸钠易溶于水,在空气中易潮解,与有机物接触易燃烧和爆炸,有毒(人致死量2g)。

亚硝酸钙易吸湿潮解,亚硝酸钙的共晶温度为-28.2度,,但防冻剂中水溶液浓度不超过5%,亚硝酸钙的防冻作用不是水的冰点降低,而是依靠部分结冰理论和冰晶变形效果的共同作用。

亚硝酸钾较亚硝酸钠溶解性好,在空气中易潮解,与有机物接触易燃烧和爆炸。

硝酸钠,效果低于亚硝酸钠

硝酸钙有效降低冰点掺量大,零度环境早强性能比常温低许多。与多种防冻剂组分复配容易沉淀。

碳酸钾是速凝防冻剂,相同条件下使混凝土获得最大早期强度,缺点是凝结速度快,后期强度损失大。成本较高,很少用作防冻组分。

硫酸钠,硫酸钙,硫代硫酸钠轻度防冻作用在-5度有效。

氯化钠有很明显的早强效果,但易使钢筋发生锈蚀,降低混凝土耐久性。

氯化钙浓溶液冰点低到-55.6度,但掺入混凝土后只凸显早强性能,降低冰点能力差。

氨水,具有缓凝作用,可用于冷混凝土。强烈刺鼻味

尿素,掺加尿素的混凝土,在自然干燥的过程中,容易析盐,影响建筑美观。强烈刺鼻味。

甲醇,掺入混凝土不会缓凝,水溶液低共熔点为-96度,有毒,无色易挥发。

乙醇,较少用作混凝土防冻剂,但大量用作燃料添加剂的防冻剂。

 

4实验

 

在实验亚硝酸钠冰点后,选取-5度和-10度的可能质量分数掺量进行实验,并且由于受冻时间对实验影响波动大,实验结果均为5天冻结的结果。由于防冻型的聚羧酸外加剂掺量都大,遂对外加剂108母液固含量分别实验8%,6%,4%,2%,0%。对亚硝酸钠掺量和冰点做过基础实验,遂选取9%,10%,11%,18%,19%,20%进行试验。

 

母液固含量

亚硝酸钠

-5度实验

母液固含量

亚硝酸钠

-10度实验

8%

9%

冰水多

8%

18%

无冰

8%

10%

冰水

8%

19%

无冰

8%

11%

无冰

8%

20%

无冰

6%

9%

冰水多

6%

18%

冰片

6%

10%

冰水

6%

19%

无冰

6%

11%

无冰

6%

20%

无冰

4%

9%

冰水多

4%

18%

冰片

4%

10%

冰水

4%

19%

冰片

4%

11%

冰水少

4%

20%

无冰

2%

9%

冰水多

2%

18%

冰片多

2%

10%

冰水

2%

19%

冰片

2%

11%

冰水少

2%

20%

无冰

0%

9%

冰水多

0%

18%

冰片多

0%

10%

冰水

0%

19%

冰片

0%

11%

冰水少

0%

20%

无冰

 

5 实验结论

 

实验结果表面亚硝酸钠的溶解度很高,且不析晶。掺量不是太高就能很高的降低冰点。对复配防冻型的聚羧酸外加剂,亚硝酸钠在-5度温度下掺量为9%,在-10度温度下的掺量为18%

 

参考文献

 

1]混凝土外加剂工程应用手册。

2]GB 50666-2011混凝土结构工程施工规范。

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