在冬期施工過(guò)程中，當平均溫度小于或等于５℃時(shí)，混凝土強度發(fā)展緩慢。當最低氣溫在-1～-2℃時(shí)，如不采取有效保溫措施，新澆筑的混凝土有可能發(fā)生凍害，一旦受凍將給混凝土帶來(lái)很大的破壞。在冬季使用防凍劑，再加上良好的保溫養護是減輕混凝土早期病害及提高混凝土防凍效果切實(shí)有效的措施，可保證混凝土的耐久性及強度達到施工要求，保證混凝土工程質(zhì)量。

（一）防凍劑作用機理

防凍劑在混凝土中的作用機理主要有以下幾種。

（1）冰晶畸變理論

純水在0℃結冰時(shí)，由于氫鍵的作用會(huì )導致水分子匯聚形成凍脹力很強的分子集合體。在水中加入防凍劑后，溫度降低到其冰點(diǎn)以下也會(huì )慢慢慢慢有冰析出，但水分子間的氫鍵由于受到防凍劑分子的干擾，會(huì )析出呈絮狀結構、宏觀(guān)上非常柔軟、凍脹應力顯著(zhù)降低的細小冰晶。例如，NaNO2、Na2SO４、Ca（NO３）2等降低凍脹力的能力都很強。

  （2）烏拉爾定律

防凍劑的濃度對降低混凝土拌合物中液相冰點(diǎn)有一定的作用，只有降低液相冰點(diǎn)，才能保證在負溫下條件下，混凝土有液態(tài)的水參與水泥水化。這是使用防凍劑的混凝土，在負溫條件下混凝土依然可以水化，提高混凝土強度。

（３）液灰比平衡理論

當溫度降至混凝土中液相冰點(diǎn)時(shí)，含有防凍劑的混凝土拌合物也會(huì )逐漸開(kāi)始析冰，在負溫環(huán)境下的液相，冰點(diǎn)隨著(zhù)析冰濃度增大而降低，隨即在此負溫條件下達到冰液共存狀態(tài)，也就是新的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，混凝土中的液態(tài)水可以保證水泥繼續進(jìn)行水化，防凍劑濃度不變，液相濃度也不變，冰融化產(chǎn)生的水補充水泥水化需要的水，這也就是液灰比平衡。

（４）成熟度理論

溫度對水泥水化的影響極其顯著(zhù)，配合比一定的混凝土，隨著(zhù)養護溫度的降低，水泥水化速率變慢，混凝土強度的增長(cháng)速率逐漸降低。因此，混凝土強度的發(fā)展不僅僅是養護時(shí)間有關(guān)，也與養護溫度有很大的關(guān)系。比如20℃時(shí)成熟度系數為1，而在-10℃時(shí)成熟度系數僅僅只有0.12。在冬期混凝土施工驗收時(shí)的混凝土成熟度按600℃·d計算，并規定不超過(guò)60d，對于很多不采取保溫措施的工程，即使超過(guò)60d依然難以達到規定600℃·d的成熟度，回彈檢測時(shí)常常強度偏低。

（二）防凍劑的成分

在冬季混凝土工程施工中，為了避免混凝土遭受凍害，生產(chǎn)時(shí)常加入防凍劑來(lái)降低混凝土中液態(tài)水的冰點(diǎn)溫度，保證混凝土內部有滿(mǎn)足水化的液態(tài)水存在，減輕由于低溫帶來(lái)的損害。目前應用較廣的防凍劑大多是復合型防凍劑，具有坍落度損失小、減水率高、早期強度高、凝結時(shí)間適中等優(yōu)點(diǎn)，其主要成分包含以下幾種。

（1）防凍組分

其作用是破壞冰的晶形，降低水的液相冰點(diǎn)，保持混凝土內部存在水泥水化反應所需要的液態(tài)水，避免混凝土遭受凍害，盡快達到早期強度。使用防凍組分首先可以降低水的冰點(diǎn)，保證混凝土在負溫下的水化反應繼續進(jìn)行，如氯化鈉、亞硝酸鈉等；其次也可以使冰的晶格形態(tài)發(fā)生變化，降低凍脹應力，避免混凝土強度受到損害，如尿素、甲醇等。此外，有些防凍劑雖然無(wú)法降低混凝土中水的冰點(diǎn)，卻可以直接與水泥發(fā)生水化反應加快混凝土的凝結硬化，提高混凝土早期強度，如氯化鈣、碳酸鉀等。

（2）早強組分

早強組分在混凝土水化反應中起催化作用，加速混凝土的凝結硬化，使其盡快達到抗凍臨界強度，提高混凝土的抗凍能力。同時(shí)，由于水泥水化反應的進(jìn)行，促進(jìn)結合水的產(chǎn)生，水化反應也能產(chǎn)生一定量的水化熱，減輕混凝土凍害。

（3）減水組分

減少混凝土的用水量，消除凍脹內因，增強混凝土密實(shí)度。減水劑能將水泥分散為更小的顆粒，改善混凝土內部孔隙結構。減水劑吸附在水泥表面可以釋放包裹水，使冰晶粒度由大變小，減小結冰時(shí)的對混凝土產(chǎn)生的脹凍壓力。

（4）引氣組分

引氣劑是引入的細小氣泡，吸收冰晶形成過(guò)程中產(chǎn)生的凍脹應力，減輕混凝土凍脹時(shí)的裂紋擴展，降低對混凝土凍脹力。含氣量的增加還可以增加混凝土內部潤滑性，改善混凝土和易性，進(jìn)而改善混凝土內部結構。細小氣泡可以切割混凝土內的有害孔道，提高混凝土的耐久性。

（三）防凍劑的復配過(guò)程中的注意事項

防凍劑的復配不是簡(jiǎn)單地將幾種不同組分混合在一起，應當通過(guò)實(shí)驗驗證各種成分復合后的效果是疊加還是相互抵消，同時(shí)應該根據混凝土原材料、配合比、技術(shù)要求等情況，充分考慮各組分對混凝土性能的影響。

（1）復配時(shí)用水量不能過(guò)高，容易造成防凍減水劑劑自身結冰；

（2）注意早期和防凍組分中無(wú)機鹽用量，防止用量過(guò)大造成減水率降低、保坍能力下降以及對混凝土后期強度和耐久性的影響；

（3）選用合適的無(wú)機鹽類(lèi)防凍、早強組分，避免在低溫狀態(tài)下結晶沉淀，堵塞管路，影響混凝土生產(chǎn)；

（4）使用有機物作為防凍組分時(shí)，摻量不宜過(guò)大，避免影響到混凝土的后期強度；

（5）控制好防凍劑中的氯離子含量和堿含量，防止對混凝土的耐久性造成影響。

（四）防凍劑的摻量

如何恰當準確地確定防凍劑的摻量，防凍劑使用過(guò)程中十分關(guān)注的同題。從實(shí)際應用來(lái)看，混凝土防凍劑的摻量受水泥品種、用量、水灰比、溫度、減水劑品質(zhì)及用量、養護條件、工程部位、形狀及模板等影響。這些中水灰比、溫度、結構件表面系數等與防凍劑摻量成正比，而水泥用量、減水劑減少用水量等與防凍劑摻量成反比。有采取以水灰比為基礎的說(shuō)法，認為混凝土的抗凍能力與液體和灰量有關(guān)，相對應的防凍劑摻量計算為：

a＝Ct·（W/C）·I·dt    （1）

式中：a——防凍劑摻量（%）；

Ct——溫度t時(shí)防凍劑溶液質(zhì)量分數（%）；

dt——原始水溶液密度（g/cm3）；

I——生成的冰量（%）；

W/C——混凝土的水灰比。

從防凍劑摻量的公式看出，許多計算參數不容易確定，增加了計算的難度和不準確性。有關(guān)人員研究發(fā)現混凝土中防凍劑水溶液結冰量I達到40%～50％時(shí)，對混凝土強度不會(huì )產(chǎn)生不良影響，如結冰量按1=50％由式（1）計算在混凝土確定的負溫條件下防凍劑摻量為：

a=0.5Ct·（W/C）·dt        （2）

（五）摻加防凍劑后的混凝土需不需要保溫養護

有施工人員認為，混凝土中已經(jīng)添加的防凍劑，已經(jīng)具有防凍能力不需要養護也沒(méi)事。從上文對防凍劑的作用機理分析來(lái)看，施工過(guò)程中進(jìn)行保溫養護是必要的也是必須的。盡早使混凝土達到臨界強度才時(shí)，減少混凝土凍害的根本。依照國家規范，冬季負溫度條件下澆筑的混凝土在受凍前，混凝土不得低于“硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土為設計混凝土強度標準的30%、礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土為設計混凝土強度標準的40%，在摻用防凍劑的混凝土當溫度降到防凍劑的規定溫度以下時(shí)，其強度不應低干3.5～5.0MPa”，即混凝土達到某一個(gè)強度值（臨界強度），就可以具有一定的抵抗強度.低溫不會(huì )再對混凝土造成損害，氣溫正常后強度會(huì )升高到設計強度。

因此，在冬期混凝土工程施工過(guò)程中，使用防凍劑后依然應采用其它冬季施工措施，如暖棚法、綜合蓄熱法等。

在日氣溫-5℃~+5℃正負溫交替條件下，可使用早強劑或早強減水劑，混凝土澆筑后采用覆蓋塑料薄膜+一層草袋或其它代用品覆蓋養護；日氣溫-5℃～-10℃時(shí)，可采用規定溫度為-5℃的防凍劑，混凝土澆筑后采用覆蓋塑料薄膜+兩層草袋或其它代用品覆蓋養護；最低氣溫為-15℃時(shí)，采用規定溫度為-15℃的防凍劑，混凝土澆筑后及時(shí)采用保溫措施進(jìn)行混凝土養護。