我國北方地區冬期施工很普遍，如不采取有效措施或措施不當,混凝土易遭受凍害，造成工程事故。在混凝土工程的冬期施工方法中，摻加防凍劑是一個(gè)很好的選擇，通過(guò)摻加防凍劑可使冬期施工工藝操作簡(jiǎn)單,保證工程質(zhì)量，節省能源和附加設施，降低冬期施工的工程造價(jià)。因此，了解混凝土凍害的機理和規律，熟悉混凝土防凍劑的作用機理及其使用方法，對保證工程質(zhì)量、實(shí)現全年均衡施工具有十分重要的意義。

1混凝土凍害機理分析

混凝土拌和物澆筑后之所以能逐漸凝結硬化，直至獲得最終強度，是由于水泥的水化作用。水泥水化速度除與混凝土組成材料和配合比有關(guān)外，還與外界溫度密切相關(guān)。當溫度升高時(shí)水化加快，強度增長(cháng)加快，當溫度降低到0℃度時(shí)，存在于混凝土中的水有一部分結冰,導致水泥水化減慢，強度增長(cháng)相應變慢。溫度繼續降低，當混凝土中的水完全變成冰時(shí)，水泥的水化基本停止，此時(shí)混凝土的強度也不會(huì )再增長(cháng)。水變成冰后體積約增大9%，同時(shí)產(chǎn)生約2.5MPa的膨脹應力，這個(gè)應力往往大于混凝土內部形成的初始強度值，使混凝土受到不同程度的破壞。此外，水變成冰后，還會(huì )在骨料和鋼筋表面產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料、鋼筋的黏結力。冰凌融化后，還會(huì )在混凝土內部形成各種空隙，降低混凝土的耐久性。

冬期施工當混凝土強度達到某一界限值時(shí)，由于結構已初步形成，具備了抵抗凍脹破壞的能力，混凝土再受凍亦不會(huì )被凍壞，這一強度稱(chēng)做混凝土的抗凍臨界強度?？箖雠R界強度的提出是混凝土冬期施工理論的一個(gè)重大突破，也是制定混凝土冬期施工措施的重要依據?；炷炼谑┕さ年P(guān)鍵就是要使混凝土盡快達到抗凍臨界強度。防凍劑的作用在于降低拌和物冰點(diǎn)，細化冰晶，混凝土在負溫下保持一定數量的液相水，使水泥緩慢水化，混凝土達到抗凍臨界強度。

2防凍劑的組分及作用機理

防凍劑是根據混凝土凍害機理，結合抗凍臨界強度、最優(yōu)成冰率、冰晶形態(tài)轉化等理論，總結長(cháng)期冬期施工實(shí)踐研制的，一般由四種成分組成。

1）防凍組分

防凍組分是一種使混凝土拌和物在負溫環(huán)境下不受凍害的化學(xué)物質(zhì)。許多無(wú)機鹽和有機物都有防凍功能。大部分無(wú)機鹽水溶液（如亞硝酸鈉、氯化鈉）與水有很低的共熔溫度，具有能降低水的冰點(diǎn)、使混凝土在負溫下仍在進(jìn)行水化的作用。在使用防凍劑時(shí)必須保持無(wú)機鹽足夠大的濃度，否則仍然會(huì )造成凍害。目前除了應用無(wú)機鹽作為防凍組分外，有機防凍組分（如有機醇類(lèi)、三乙醇胺等）也開(kāi)始大范圍使用。有機組分既能降低水的冰點(diǎn)，也能使冰的晶格構造嚴重變形,無(wú)法形成凍脹應力，從而破壞水化礦物構造使混凝土強度受損。

2）早強組分

早強組分主要作用是加速混凝土的凝結硬化，使之盡快達到抗凍臨界強度，增強混凝土抵御凍害的能力。更重要的是，早期的水化反應速度的加快，可使混凝土內大部分自由水變成不結冰的化合水，從而減少混凝土的凍害。

3）減水組分

減水組分的主要功能是：減少拌和水，從而減少游離水總量，從根本上減少可凍冰的含量，消除凍脹內因。減水成分可以釋放包裹水，消除劣質(zhì)水泡，使粗大冰晶轉化為細小冰晶,優(yōu)化水泥水化環(huán)境，減輕脹凍壓力。換句話(huà)說(shuō)，減水就意味著(zhù)提高強度，就是提高混凝土的抗凍能力，同時(shí)也提高了混凝土的密實(shí)度,較大降低了自由水對混凝土形成的凍害，細化了毛細孔隙，對降低液相冰點(diǎn)有促進(jìn)作用。

4）引氣組分

摻加適量引氣組分，可以在混凝土拌和過(guò)程中引入大量均勻分布、穩定而封閉的極性微氣泡。這樣既可以切割、封閉混凝土內的連通孔道，減輕凍脹時(shí)的裂紋擴展，又可以起到膨脹“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應力，減輕凍害。

3防凍劑的正確使用

混凝土冬期施工方法有很多，一般情況下應優(yōu)先選用蓄熱法，如果經(jīng)熱工計算蓄熱法不能達到要求時(shí)，要考慮摻加防凍劑。摻防凍劑經(jīng)常與蓄熱法一起應用，利用混凝土的初始熱量及水泥在水化過(guò)程中釋放出來(lái)的熱量，加快混凝土強度的增加。摻防凍劑時(shí)會(huì )對混凝土的耐久性產(chǎn)生不同程度的影響，應該在滿(mǎn)足混凝土初期養護溫度可以達到受凍臨界強度的前提下，盡量減少外加劑的摻量。

還應考慮結構本身的要求，如氯鹽對鋼筋有銹蝕作用。在鋼筋混凝土工程和預應力混凝土工程中，可摻用無(wú)氯鹽的防凍劑。在高濕度、高溫度環(huán)境中使用的結構中，在與酸、堿等侵蝕性介質(zhì)相接觸的結構中，摻用氯鹽阻銹類(lèi)防凍劑等。

防凍劑的選用必須正確理解“使用溫度”。任何一種符合標準的防凍劑產(chǎn)品,都有一個(gè)明確的“使用溫度”，即在環(huán)境溫度降到“使用溫度”前混凝土必須達到抗凍臨界強度,否則混凝土有可能被凍壞?；炷恋摹笆褂脺囟取痹降?說(shuō)明該防凍劑防凍效果越好，混凝土越有更多的時(shí)間來(lái)增長(cháng)強度，達到抗凍臨界強度的可能性就大大增加。

只有深入了解了混凝土的受凍機理和防凍劑的作用機理，才能使各類(lèi)防凍劑得到高效正確的使用，才能加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量。