防凍劑是能使商品混凝土在負溫度下硬化，并在規定時(shí)間內達到足夠防凍強度的外加劑。我國規定當氣溫連續5天低于5℃即進(jìn)入冬季施工階段。我國廣大的北方地區冬季氣溫都比較寒冷，每年冬季長(cháng)達4~6個(gè)月。北京屬于華北地區，一般情況下每年11月15日開(kāi)始進(jìn)入冬季施工，約到次年的3月15日冬季施工結束，冬季施工時(shí)間約4個(gè)月。商品混凝土防凍劑是目前北方地區冬季施工必須采用的外加劑，也是商品混凝土外加劑的主要品種之一。

我國防凍劑的發(fā)展從成分上大體經(jīng)歷了含氯鹽型、氯鹽阻銹型、無(wú)氯高堿型和無(wú)氯低堿型幾個(gè)階段，其中含氯鹽的防凍劑不允許用于鋼筋商品混凝土和預應力商品混凝土結構中，現在大多數用作砂漿防凍劑。從防凍劑在商品混凝土中的摻量來(lái)看，防凍劑也經(jīng)歷了高摻量（10%~15%）向低摻量（3%~5%）的發(fā)展過(guò)程。由于預拌商品混凝土的大量使用，防凍劑的形態(tài)也從粉劑逐漸發(fā)展到液體產(chǎn)品為主。今后幾年，北京地區將推廣應用無(wú)氯、低堿、低摻量、高效能、液體型防凍劑，鼓勵研制開(kāi)發(fā)有機物組分的液體型防凍劑和有機物組分——無(wú)機物組分復合的液體型防凍劑，積極開(kāi)發(fā)引氣型防凍劑。目前，我國在研制開(kāi)發(fā)新型防凍劑的原材料方面尚沒(méi)有重大突破，還未能出現性?xún)r(jià)比高、品質(zhì)優(yōu)良的新型防凍劑產(chǎn)品。

現在北京地區的外加劑企業(yè)生產(chǎn)的防凍劑一般含有減水組分、早強組分、防凍組分和引氣組分等，這也符合國際上流行的防凍劑發(fā)展趨勢，其原理是通過(guò)減少商品混凝土的用水量、盡早地提高早期強度和防止負溫度下商品混凝土被凍害以獲得商品混凝土的防凍性能。無(wú)論是通過(guò)降低商品混凝土中毛細孔中水的冰點(diǎn)，還是改變結冰的結晶形貌，負溫下水泥的水化速率都是非常慢的。更為重要的是商品混凝土在進(jìn)入負溫環(huán)境時(shí)應該具有盡可能高的強度以提高本身的抗凍害能力。各個(gè)國家都規定了商品混凝土受凍臨界強度，我國和美國規定商品混凝土的臨界受凍強度為3.5MPa，即意味著(zhù)商品混凝土強度達到3.5MPa后便不容易受到凍害?，F在可選擇的既不含堿、又不含氯鹽和氨的防凍和早強組分一般為硝酸鈣和亞硝酸鈣，有機物中甲酸鈣也有很好的早強效果，但生產(chǎn)廠(chǎng)家較少，目前很少使用。硝酸鈣和亞硝酸鈣存在的問(wèn)題是配制液體防凍劑有沉淀，新拌商品混凝土的坍落度損失快，早強和防凍效果也不如相應的鈉鹽，所以目前很多廠(chǎng)家都采用鈉鹽和鈣鹽復合使用的措施。

日本商品混凝土外加劑協(xié)會(huì )統計，市場(chǎng)上的無(wú)氯低堿防凍劑產(chǎn)品的主要成分為硝酸鹽、亞硝酸鹽和一些特殊表面活性劑，其堿含量一般小于0.2%，氯離子含量小于0.1%，都是液體產(chǎn)品，密度在1.30~1.45之間，推薦使用量為3~5升/100千克水泥，約相當于水泥重量的4%~7%.其中NMB公司的防凍劑使用聚乙二醇酯和無(wú)機硝酸鹽作為防凍組分。我國也有些企業(yè)采用過(guò)乙二醇作為防凍組分，甚至采用甲醇作為防凍成分，其效果如何未見(jiàn)報道。但甲醇是有毒物質(zhì)，用于商品混凝土中對環(huán)境的危害肯定比尿素要大得多。

到目前為止對防凍劑的研究都集中在早強組分和防凍組分的選擇上，而減水成分對防凍性能的影響沒(méi)有相關(guān)研究報道。北京科峰建材廠(chǎng)在防凍劑用減水組分方面進(jìn)行了大量的試驗研究，通過(guò)N-磺酸對三聚氰胺進(jìn)行磺化，在減水劑分子中引入-NH2基團，在適當的酸度下聚合而制得改性三聚氰胺高效減水劑，其性能指標如表1所示。這種高效減水劑減水率高、早期強度高、-10℃內抗凍性能好、不含氯鹽、堿含量低、無(wú)結晶沉淀現象，摻加少量防凍組分就能滿(mǎn)足防凍劑（-10℃）的質(zhì)量要求，在配制液體低堿商品混凝土防凍劑方面開(kāi)辟了一條新思路，值得借鑒和進(jìn)一步深入研究。

為了探討不同減水組分對商品混凝土防凍性能的影響，我們設計了采用普通萘系高效減水劑（UNF-5）、氨基磺酸鹽高效減水劑（QJ-5）和改性三聚氰胺高效減水劑（QJ-5A）作為減水組分配制防凍劑的性能的試驗。試驗采用冀東42.5普通硅酸鹽水泥，參照JC472-92（96）《商品混凝土防凍劑》和DBJ01-2002《商品混凝土外加劑及應用技術(shù)規程》（泵送防凍劑）進(jìn)行。試驗時(shí)商品混凝土入模成型3小時(shí)后移入-10℃~-12℃的冰柜中，負溫養護7天后取出。

實(shí)驗結果可見(jiàn)，由于QJ-5A本身特殊的分子結構中含有較多的氨基基團，同時(shí)含有羧基和磺酸基等親水性官能團，雖然含氣量較低，負溫下在未摻加防凍組分時(shí)仍能保證商品混凝土強度繼續增長(cháng)，R-7達到基準商品混凝土強度的21.5%，滿(mǎn)足標準要求。而摻氨基磺酸鹽類(lèi)高效減水劑和萘系高效減水劑的商品混凝土在負溫度下強度增長(cháng)緩慢，達不到標準要求。改性三聚氰胺高效減水劑QJ-5A在復配引氣劑后，其抗凍性能有所提高，其R-7+28強度超過(guò)基準商品混凝土標養28天強度，進(jìn)一步復配引氣劑和少量防凍成分后，商品混凝土R-7強度明顯提高，但R-7+28強度增加不太明顯。改性三聚氰胺系高效減水劑在正常溫度下，其強度和減水率與萘系和氨基磺酸系高效減水劑差距不大，但在負溫下強度發(fā)展明顯不同。此外，無(wú)論是復配還是單獨使用，改性三聚氰胺系高效減水劑都具有良好的坍落度保持性能。

考慮到液體防凍劑的運輸和儲存，要求液體外加劑產(chǎn)品具有較好的低溫穩定性能。對于不同高效減水劑在負溫度下的穩定性進(jìn)行了試驗，結果如表2.改性三聚氰胺系高效減水劑在-10℃下儲存不產(chǎn)生結晶現象，外觀(guān)也沒(méi)有明顯變化。

改性三聚氰胺高效減水劑含有大量的氨基和其他親水基團，具有很好的減水分散效果，新拌商品混凝土的坍落度損失小。改性三聚氰胺高效減水劑本身在負溫度條件下穩定性好，不產(chǎn)生沉淀和結晶，摻加改性三聚氰胺系高效減水劑QJ-5A的商品混凝土在負溫度下強度發(fā)展快，復合適量的防凍組分可配制出滿(mǎn)足標準要求的液體防凍劑，為無(wú)氯、低堿液體防凍劑的配制提供了新思路。