由于冬季氣溫較低，混凝土施工中需采取有效措施以防止混凝土硬化過程因受凍而損傷。傳統(tǒng)的防凍措施如加熱法與暖棚養(yǎng)護等（如圖1所示），不僅耗能大，而且需要投入額外的人力和設(shè)備，增加了施工復(fù)雜性和成本^[1]。

我國在利用外加劑解決混凝土冬季施工中混凝土早期強度過低及強度增長緩慢等問題方面已取得不少經(jīng)驗。20世紀五十年代在混凝土中加入氯化鈣或氯化鈉；六十年代出現(xiàn)了復(fù)合型早強劑方案，如三乙醇胺-亞硝酸鈉-氯化鈉復(fù)合型早強劑；七十年代又出現(xiàn)了硫酸鈉-亞硝酸鈉-石膏-氯化鈉等復(fù)合的方案。與傳統(tǒng)的加熱法和暖棚養(yǎng)護法相比，混凝土冬季施工中使用適宜的外加劑可達到良好的防凍害效果，且工藝簡便，具有較佳的可操作性和經(jīng)濟性^[2]。直到目前，工程中仍采用這些單一型或復(fù)合型的外加劑作為混凝土冬季施工的防凍方法之一^[3]。

圖1冬季施工混凝土的養(yǎng)護（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

然而，外加劑在混凝土冬季施工中的應(yīng)用仍存在一些技術(shù)問題，以致影響其在工程中的普遍推廣。相較于常溫施工環(huán)境，外加劑在混凝土冬季施工中的應(yīng)用更為復(fù)雜，具體表現(xiàn)在外加劑的摻量、摻入方式、儲存環(huán)境以及變質(zhì)外加劑處理方式等方面。若混凝土冬季施工中不合理地使用外加劑，將會對混凝土的工作性、力學(xué)性能及耐久性等產(chǎn)生極為不利的影響。

本文主要介紹混凝土冬季施工中常用的幾種外加劑及其分類，闡述各種外加劑對混凝土性能的影響，并對混凝土冬季施工中外加劑的應(yīng)用要點進行概述。

在冬季施工時，混凝土外加劑的選用一般從防凍、早強、減水和改善耐久性等方面予以考慮，下面對冬季施工中常用的幾種外加劑進行簡要介紹。

混凝土防凍劑能顯著降低混凝土中液相的冰點，抑制水結(jié)冰從而加速水泥初期水化，并降低冰晶壓力。按照化學(xué)組成可將防凍劑分為強電解質(zhì)無機鹽類、水溶性有機化合物類和有機化合物與無機鹽復(fù)合類。

(1) 強電解質(zhì)無機鹽類防凍劑

這類防凍劑包括氯鹽類和非氯鹽類兩種。氯鹽類防凍劑是指以含氯元素的無機鹽為防凍組分的外加劑；非氯鹽類防凍劑是指以亞硝酸鹽或硝酸鹽等不含氯元素的無機鹽為防凍組分的外加劑。

(2) 水溶性有機化合物類防凍劑

以醇類等有機化合物為防凍組分的外加劑。

(3) 有機化合物與無機鹽復(fù)合類防凍劑

JC 475-2004《混凝土防凍劑》標準中，防凍劑的規(guī)定溫度(混凝土養(yǎng)護時的溫度)分別為-5°C、-10°C和-15°C，應(yīng)根據(jù)施工時具體的環(huán)境溫度選擇相應(yīng)的外加劑^[4]。另外，外加劑摻量也隨混凝土的澆筑溫度與養(yǎng)護溫度的不同而不同。一般混凝土的澆筑與養(yǎng)護溫度越低，外加劑的摻量越高。

混凝土早強劑是指能提高混凝土早期強度，并且對后期強度無顯著影響的外加劑。冬季施工中，混凝土早強劑可加速水泥硬化速度，使之快硬早強，在內(nèi)部溫度降到0°C以下之前達到臨界強度。

早強劑按化學(xué)組成可分為無機鹽類、有機物類和有機物類與無機鹽類復(fù)合型早強劑三類。

(1) 無機鹽類早強劑

無機鹽類早強劑主要有氯鹽早強劑、硫酸鹽早強劑、硝酸鹽早強劑和亞硝酸鹽早強劑等，其中氯化鈣早強作用較好，使用歷史悠久。

(2) 有機物類早強劑

最常用的有機物類早強劑為三乙醇胺，此外還有甲酸鈣、乙酸、乙酸鹽和尿素等。

(3) 有機物類與無機鹽類復(fù)合型早強劑

三乙醇胺-氯鹽、硝酸鈣-尿素、亞硝酸鈣-硝酸鈣-尿素、亞硝酸鈣-硝酸鈣-氯化鈣-三乙醇胺，以及亞硝酸鈣-硝酸鈣-氯化鈣-尿素等，都是有機物類與無機鹽類復(fù)合而成的早強劑產(chǎn)品。有機物類與無機鹽類復(fù)合作為早強劑使用，不僅早強效果突出，而且有助于取長補短并降低成本。

使用減水劑可減少混凝土的含水量，使冰晶變得細小均勻，進而減小水結(jié)冰對混凝土產(chǎn)生的破壞應(yīng)力。因此，混凝土冬季施工中減水劑的使用也是必不可少的。目前使用較普遍的減水劑品種主要有：

(1) 木質(zhì)素磺酸鹽（鈣或鈉）普通減水劑；

(2) 萘磺酸甲醛縮合物高效減水劑；

(3) 多環(huán)芳烴磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑；

(4) 三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑；

(5) 脂肪族高效減水劑；

(6) 聚羧酸系減水劑；

(7) 改性木質(zhì)素磺酸鈣(或鈉)高效減水劑。

其中冬季施工用減水劑以萘系減水劑與脂肪族減水劑為主，另外，復(fù)合了早強組分的聚羧酸系減水劑在混凝土冬季施工中也較為常用，而早強型聚羧酸系減水劑的研究開發(fā)則正在努力開展。

摻加引氣劑可在混凝土中引入封閉微小的氣孔(含氣量在3%-5%為宜)，這些氣孔能緩沖拌合水結(jié)冰時產(chǎn)生的體積膨脹，有利于抵抗早期凍害，并提高混凝土硬化后的耐久性。根據(jù)化學(xué)成分，引氣劑可分為以下幾類：

(1) 木材樹脂酸類；

(2) 合成洗滌劑類；

(3) 磺化木質(zhì)素的鹽類；

(4) 石油酸鹽類；

(5) 磺酸烴的有機鹽類。

冬季施工中需在混凝土中引氣時，也可以使用具備引氣作用的減水劑，如木鈣、木鈉和聚羧酸系減水劑等。

另外，對于鋼筋混凝土工程，也需使用阻銹劑來減少或阻止混凝土中金屬預(yù)埋件的銹蝕從而提高冬季施工混凝土的耐久性。

外加劑對于混凝土冬季施工的質(zhì)量有著重要的作用，掌握各個外加劑在混凝土冬季施工中注意的要點，可以更好地指導(dǎo)外加劑的應(yīng)用。

選用防凍劑時，應(yīng)重在保證混凝土防凍的臨界強度(如表1所示)。任何一種符合標準的防凍劑產(chǎn)品，都有明確的“使用溫度”(如-10°C、-15°C和-20°C)。雖然防凍劑的使用溫度就是允許混凝土施工的溫度，但應(yīng)著重與混凝土抗凍臨界強度聯(lián)系起來理解，即在環(huán)境溫度降低到外加劑的使用溫度前，混凝土必須達到抗凍臨界強度，這樣混凝土才是安全的，否則混凝土仍有可能被凍壞。

表1各國標準規(guī)定的防凍臨界強度

另一方面，應(yīng)正確選用防凍劑的品種并確定合適的摻量。每一種防凍劑都有較佳的摻量范圍，低于此摻量，混凝土早期強度建立較慢，混凝土內(nèi)部水的冰點降低程度不足；而摻量過高，其所含的鹽類對混凝土的性能將產(chǎn)生許多不利影響，特別應(yīng)嚴防防凍劑中Cl^-對鋼筋的銹蝕危害。氯鹽是一類比較理想的防凍劑組分，但鑒于其對混凝土內(nèi)部鋼筋有銹蝕作用，需配合阻銹劑一起使用。此外，應(yīng)嚴防含有尿素或硝銨組分的防凍劑釋放的氨對人體產(chǎn)生危害，對于住宅、辦公室、水塔或水池等混凝土工程，防凍劑釋放氨量必須符合相關(guān)標準。需特別注意的是防凍劑與其它品種外加劑共同使用時，應(yīng)先進行試驗，滿足相關(guān)要求后才可正式投入使用。

(1) 氯鹽早強劑

盡管氯鹽早強劑的早強效果優(yōu)異，又可降低冰點，但使用氯鹽早強劑一定要注意具體情況。鋼筋混凝土中加入氯鹽(如氯化鈣、氯化鈉早強劑或含有這些鹽的外加劑)會導(dǎo)致孔溶液中Cl^-/OH^-比例提高，使鋼筋鈍化膜破裂，產(chǎn)生銹蝕危害。

因此，應(yīng)注意氯鹽（按無水狀態(tài)）的摻量，相關(guān)研究表明，鋼筋混凝土中允許的氯離子不得超過水泥重量的1%，而無筋混凝土中則不得超過水泥重量的3%。為減少氯鹽對鋼筋銹蝕的促進作用，使用氯鹽早強劑亦應(yīng)同時使用阻銹劑。

(2) 硫酸鹽早強劑

1) 注意對水泥的適應(yīng)性

與硅酸鹽水泥相比，硫酸鹽早強劑對于礦渣硅酸鹽水泥和火山灰水泥具有更好的早強效果，其原因在于硫酸鹽能激發(fā)水泥混合材中玻璃體的潛在活性。

2) 注意硫酸鹽早強劑摻量對混凝土長期性能的影響

盡管硫酸鹽早強劑能在較低溫度下促使水泥水化，形成大量鈣釩石，提高混凝土的早期強度，但如果水泥石已經(jīng)建立了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，再繼續(xù)生成鈣釩石，則鈣釩石結(jié)晶長大產(chǎn)生的結(jié)晶壓力將有可能破壞水泥石的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混凝土強度下降甚至開裂等不良后果。硫酸鹽摻量的不同，對混凝土凝結(jié)時間的影響也有較大差異。因此在使用該類早強劑時，應(yīng)先進行試驗，確定較佳摻量。

3) 注意防止混凝土表面起霜

混凝土內(nèi)部常含有可溶性的鹽和堿離子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺和OH^-等)， 當混凝土內(nèi)部水分向外蒸發(fā)時，便將這些可溶物攜帶到混凝土表面，水分蒸發(fā)后，這些離子被留在混凝土表面沉淀下來，有些可能被雨水沖掉，有些可能與空氣中的 二氧化碳作用生成白色的難溶鹽，難以除去。特別對于冬季施工的混凝土，由于不能灑水養(yǎng)護，混凝土制品摻入硫酸鹽早強劑后，表面發(fā)生析堿冒霜的現(xiàn)象更為嚴重。

為預(yù)防冬季施工中使用了早強劑的混凝土產(chǎn)生冒霜現(xiàn)象，應(yīng)在保證混凝土各方面性能的前提下，盡量減少硫酸鹽早強劑的摻量；另一方面，采用摻入減水劑等方法，盡量降低混凝土的拌合用水量，可在一定程度上預(yù)防冒霜現(xiàn)象?；炷琉B(yǎng)護方面，如先覆蓋一層塑料布，再覆以若干層草袋，不僅可以起到養(yǎng)護混凝土的作用，也可減少混凝土析堿冒霜現(xiàn)象^[5,6]。需要說明的是，冬季施工中混凝土表面的噴涂或粉刷應(yīng)在混凝土表面完全干燥后進行，這樣可以錯過一次泛堿的發(fā)生期，過早地噴涂或粉刷很可能會使處理過的表面出現(xiàn)泛堿^[7]。

混凝土冬季施工中應(yīng)特別注意減水劑摻量對混凝土工作性的影響，一般在保證混凝土具有較好的工作性的前提下，應(yīng)盡量降低用水量，減少混凝土受凍的可能。為更好地使減水劑應(yīng)用于混凝土的冬季施工，應(yīng)注意減水劑與水泥間的適應(yīng)性問題。

減水劑在冬季極易受凍。在凍結(jié)過程中，減水劑趨向于分離為兩相或多相狀態(tài)，水與外加劑的活性組分分離，在儲存器中形成異狀聚集物；解凍后，各相趨于保持分離狀，只有在完全重新攪拌后，減水劑才可重新達到均勻分布狀態(tài)。相關(guān)研究表明，解凍而又沒有適當重新攪拌的減水劑會嚴重延緩混凝土的凝結(jié)時間^[8]。因此，應(yīng)特別注意減水劑的儲存條件。

以萘系減水劑為例，在冬季較低溫度下，含有硫酸鈉的萘系減水劑易發(fā)生結(jié)晶問題，使萘系減水劑的使用受到極大限制。

(1) 當室外溫度過低，萘系減水劑會析出呈晶須或短晶針狀的星散分布的晶體，繼而發(fā)生鏈式延接、發(fā)育和長大，引發(fā)管道、閥門的堵塞，使減水劑不能進入攪拌機，導(dǎo)致混凝土攪拌站無法正常生產(chǎn)。

(2) 在結(jié)晶的同時，不可避免地要吸咐部分萘系減水劑有效成分，從而導(dǎo)致減水劑的減水率下降，引發(fā)混凝土質(zhì)量事故。

對于萘系減水劑冬季結(jié)晶的處理方法有：

(1) 加熱液溫。將蒸汽通過排管或盤管對儲罐內(nèi)減水劑加熱，這種方法會消耗大量熱量，減水劑還會在加熱器外嚴重結(jié)垢，降低加熱效率。若使用電熱棒加熱減水劑，電耗和加熱器結(jié)垢燒毀的現(xiàn)象更為嚴重。

(2) 通過復(fù)配技術(shù)解決結(jié)晶問題。試驗表明，通過提高氨基和脂肪族等原料與萘系減水劑的比例，可配出在5°C低溫下不結(jié)晶的外加劑。但相關(guān)研究表明，對比原外加劑，其減水率下降了3%-5%，且混凝土各齡期強度下降了近10%^[9]。

需要注意的是所有減水劑均不得用蒸汽直接加熱，外加劑加熱應(yīng)在稀釋桶內(nèi)進行，使用熱水稀釋外加劑，熱水溫度應(yīng)以不喪失外加劑的作用為限^[10]。

混凝土冬季施工中，正確選用引氣劑不僅可以改善混凝土的工作性，還可在強度損失很小或不損失的情況下，顯著提高混凝土的抗凍性。引氣劑摻量雖小，但對混凝土性能影響較大，混凝土含氣量也受到多種因素的影響，冬季施工中引氣劑的使用應(yīng)注意以下幾個方面^[11]。

(1) 摻入了引氣劑的混凝土必須采用機械攪拌，攪拌時間過長或者不足都將使混凝土含氣量減??；

(2) 冬季施工和有抗凍要求的混凝上摻用引氣劑時，應(yīng)復(fù)配減水劑使用或采用引氣減水劑；

(3) 配制引氣劑的溶液時，必須充分溶解，若有絮凝現(xiàn)象，應(yīng)加熱溶解，或適當加入乳化劑；

(4) 由于引氣量受混凝土材料及操作環(huán)境溫度影響較大，故必須保持條件基本穩(wěn)定。對含氣量有嚴格要求的混凝土，要有規(guī)律地進行現(xiàn)場含氣量測試；

(5) 采用高頻振搗作業(yè)，會降低含氣量，因此應(yīng)保持振搗均勻，嚴格操作；

(6) 對于含氣量相同的混凝土，由于引氣劑種類不同，產(chǎn)生的氣泡直徑大小亦不相同，因而抗凍性會產(chǎn)生很大差別，所以在選擇引氣劑的品種時，應(yīng)挑選能產(chǎn)生大量小直徑氣泡的品種；

(7) 摻入了引氣劑的混凝土，不宜加熱養(yǎng)護^[12]。

外加劑對保證冬季施工的混凝土質(zhì)量具有重要作用。掌握外加劑在混凝土冬季施工中的應(yīng)用要點，規(guī)范化地進行施工才能保證混凝土的質(zhì)量。然而，縱觀當前冬季施工混凝土外加劑研究工作，多數(shù)側(cè)重于配方研究，缺乏合理的檢驗方法和質(zhì)量標準作為客觀評定的依據(jù)，所研究的產(chǎn)品得不到正確的評價，這是混凝土外加劑在冬季施工研究與應(yīng)用中普遍存在的問題。期望對關(guān)于冬季施工的混凝土外加劑及摻外加劑的混凝土質(zhì)量檢驗方法加以改進，使之更加完善，以提高冬季施工混凝土的質(zhì)量。