在冬期施工過(guò)程中，當(dāng)平均溫度小于或等于５℃時(shí)，混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢。當(dāng)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(yǎng)護(hù)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(qiáng)度達(dá)到施工要求，保證混凝土工程質(zhì)量。

（一）防凍劑作用機(jī)理

防凍劑在混凝土中的作用機(jī)理主要有以下幾種。

（1）冰晶畸變理論

純水在0℃結(jié)冰時(shí)，由于氫鍵的作用會(huì)導(dǎo)致水分子匯聚形成凍脹力很強(qiáng)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(jié)構(gòu)、宏觀上非常柔軟、凍脹應(yīng)力顯著降低的細(xì)小冰晶。例如，NaNO2、Na2SO４、Ca（NO３）2等降低凍脹力的能力都很強(qiáng)。

  （2）烏拉爾定律

防凍劑的濃度對(duì)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(fù)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(fù)溫條件下混凝土依然可以水化，提高混凝土強(qiáng)度。

（３）液灰比平衡理論

當(dāng)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(fù)溫環(huán)境下的液相，冰點(diǎn)隨著析冰濃度增大而降低，隨即在此負(fù)溫條件下達(dá)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(xù)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(bǔ)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(duì)水泥水化的影響極其顯著，配合比一定的混凝土，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的降低，水泥水化速率變慢，混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率逐漸降低。因此，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展不僅僅是養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)，也與養(yǎng)護(hù)溫度有很大的關(guān)系。比如20℃時(shí)成熟度系數(shù)為1，而在-10℃時(shí)成熟度系數(shù)僅僅只有0.12。在冬期混凝土施工驗(yàn)收時(shí)的混凝土成熟度按600℃·d計(jì)算，并規(guī)定不超過(guò)60d，對(duì)于很多不采取保溫措施的工程，即使超過(guò)60d依然難以達(dá)到規(guī)定600℃·d的成熟度，回彈檢測(cè)時(shí)常常強(qiáng)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(nèi)部有滿足水化的液態(tài)水存在，減輕由于低溫帶來(lái)的損害。目前應(yīng)用較廣的防凍劑大多是復(fù)合型防凍劑，具有坍落度損失小、減水率高、早期強(qiáng)度高、凝結(jié)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(nèi)部存在水泥水化反應(yīng)所需要的液態(tài)水，避免混凝土遭受凍害，盡快達(dá)到早期強(qiáng)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(fù)溫下的水化反應(yīng)繼續(xù)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(yīng)力，避免混凝土強(qiáng)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(yīng)加快混凝土的凝結(jié)硬化，提高混凝土早期強(qiáng)度，如氯化鈣、碳酸鉀等。

（2）早強(qiáng)組分

早強(qiáng)組分在混凝土水化反應(yīng)中起催化作用，加速混凝土的凝結(jié)硬化，使其盡快達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度，提高混凝土的抗凍能力。同時(shí)，由于水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)結(jié)合水的產(chǎn)生，水化反應(yīng)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(nèi)因，增強(qiáng)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(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)。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(jié)冰時(shí)的對(duì)混凝土產(chǎn)生的脹凍壓力。

（4）引氣組分

引氣劑是引入的細(xì)小氣泡，吸收冰晶形成過(guò)程中產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力，減輕混凝土凍脹時(shí)的裂紋擴(kuò)展，降低對(duì)混凝土凍脹力。含氣量的增加還可以增加混凝土內(nèi)部潤(rùn)滑性，改善混凝土和易性，進(jìn)而改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。細(xì)小氣泡可以切割混凝土內(nèi)的有害孔道，提高混凝土的耐久性。

（三）防凍劑的復(fù)配過(guò)程中的注意事項(xiàng)

防凍劑的復(fù)配不是簡(jiǎn)單地將幾種不同組分混合在一起，應(yīng)當(dāng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各種成分復(fù)合后的效果是疊加還是相互抵消，同時(shí)應(yīng)該根據(jù)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(duì)混凝土性能的影響。

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

（2）注意早期和防凍組分中無(wú)機(jī)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(duì)混凝土后期強(qiáng)度和耐久性的影響；

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

（4）使用有機(jī)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(qiáng)度；

（5）控制好防凍劑中的氯離子含量和堿含量，防止對(duì)混凝土的耐久性造成影響。

（四）防凍劑的摻量

如何恰當(dāng)準(zhǔn)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(yīng)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(yǎng)護(hù)條件、工程部位、形狀及模板等影響。這些中水灰比、溫度、結(jié)構(gòu)件表面系數(shù)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(chǔ)的說(shuō)法，認(rèn)為混凝土的抗凍能力與液體和灰量有關(guān)，相對(duì)應(yīng)的防凍劑摻量計(jì)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?jǐn)?shù)（%）；

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(jì)算參數(shù)不容易確定，增加了計(jì)算的難度和不準(zhǔn)確性。有關(guān)人員研究發(fā)現(xiàn)混凝土中防凍劑水溶液結(jié)冰量I達(dá)到40%～50％時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度不會(huì)產(chǎn)生不良影響，如結(jié)冰量按1=50％由式（1）計(jì)算在混凝土確定的負(fù)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(yǎng)護(hù)

有施工人員認(rèn)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(yǎng)護(hù)也沒(méi)事。從上文對(duì)防凍劑的作用機(jī)理分析來(lái)看，施工過(guò)程中進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)是必要的也是必須的。盡早使混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度才時(shí)，減少混凝土凍害的根本。依照國(guó)家規(guī)范，冬季負(fù)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(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的30%、礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土為設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的40%，在摻用防凍劑的混凝土當(dāng)溫度降到防凍劑的規(guī)定溫度以下時(shí)，其強(qiáng)度不應(yīng)低干3.5～5.0MPa”，即混凝土達(dá)到某一個(gè)強(qiáng)度值（臨界強(qiáng)度），就可以具有一定的抵抗強(qiáng)度.低溫不會(huì)再對(duì)混凝土造成損害，氣溫正常后強(qiáng)度會(huì)升高到設(shè)計(jì)強(qiáng)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(yīng)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(fù)溫交替條件下，可使用早強(qiáng)劑或早強(qiáng)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(yǎng)護(hù)；日氣溫-5℃～-10℃時(shí)，可采用規(guī)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(yǎng)護(hù)；最低氣溫為-15℃時(shí)，采用規(guī)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(yǎng)護(hù)。

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