近年來，隨著我國高速公路的不斷發(fā)展，工期不斷縮短，混凝土結(jié)構(gòu)在冬期施工以非常普遍。混凝土在未達(dá)到應(yīng)有的強(qiáng)度，混凝土內(nèi)部還有一定的水，而這些水中含有自由水，在環(huán)境溫度達(dá)到水的冰點后，促進(jìn)水相轉(zhuǎn)變成冰，導(dǎo)致混凝土中的水分重新分布和冰夾層的形成，致使混凝土骨料與水泥石界面粘聚力下降，引起體積膨脹，導(dǎo)致混凝土的早期受凍。而防凍劑作為混凝土避免早期受凍的重要組分，已被廣泛應(yīng)用到混凝土冬期施工中。

1 防凍劑的作用機(jī)理與原理

1.1 防凍劑的作用機(jī)理

（1）根據(jù)烏拉爾定律。從研究中可以發(fā)現(xiàn)，混凝土拌合物材料的液相冰點的降低程度與防凍劑的摩爾濃度存在直接的關(guān)系，通過采取降低冰點的方式來確保材料處在負(fù)溫度下混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的水泥直接轉(zhuǎn)化成為液態(tài)水，這是進(jìn)行冬季環(huán)境施工應(yīng)用防凍劑的作用機(jī)理。

（2）冰晶畸變理論。純水在0℃時會結(jié)冰，因為氫鍵作用使得內(nèi)部水分子聚合為分子集合體，凍脹能力會顯得比較強(qiáng)。在加入防凍劑之后的水溶液，如果溫度低于0℃就會有冰析出，而防凍劑的存在會給氫鍵造成較大的干擾影響，所析出的冰晶體細(xì)小且呈現(xiàn)出絮狀，此時就可以形成液相水同時存在，從宏觀角度上看邊角輕松，凍脹應(yīng)力也會明顯的降低。

（3）液灰比平衡理論。在混凝土材料中加入防凍劑之后，溫度持續(xù)下降到液相冰點的時候，就會有冰結(jié)晶體的析出。在負(fù)溫度之下，由于析冰現(xiàn)象的發(fā)生而導(dǎo)致溶液濃度的增加，在新的溫度之下會達(dá)到平衡的狀態(tài)中，這就是冰液共存狀態(tài)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)容依然存在液態(tài)水的形式，要想使得混凝土才能夠持續(xù)液化，防凍劑的含量并不會發(fā)生變化，按規(guī)定溫度之下的液相溶液也會保持不變，水泥水化反應(yīng)之后所消耗的會會由冰化為水供應(yīng)，也就是達(dá)到液灰比平衡。

（4）成熟度理論。水泥材料水化的過程中，內(nèi)部會出現(xiàn)比較復(fù)雜的化學(xué)、物理變化，極易因為溫度的作用而產(chǎn)生影響。規(guī)定配合比參數(shù)的混凝土材料，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)溫度、時間等存在著函數(shù)的關(guān)系，如果養(yǎng)護(hù)時溫度比較低，水化反應(yīng)速度下降，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度嚴(yán)重下降。

1.2 防凍劑的防凍原理

防凍劑的作用機(jī)理直接受到其內(nèi)部組成成分的影響，目前應(yīng)用比較普遍的是如下幾種：

①減水成分。能夠適當(dāng)?shù)慕档桶韬线^程的水分加入量，可以大大減少移動冰的總量，可以避免凍脹的發(fā)生。同時，減水成分分散之后能夠析出大量水，消除劣質(zhì)水泡，可以直接把大顆粒轉(zhuǎn)化為小顆粒的晶體結(jié)構(gòu)，可以有效的降低凍脹壓力；

②引氣成分。將微米級的小氣泡直接融入到混凝土材料中，一方面能夠有效的清除、切割有害孔道，避免凍脹過程的裂縫擴(kuò)散嚴(yán)重；另一方面，通過引入大量氣泡而發(fā)生膨脹反應(yīng)，氣泡能夠吸收膨脹應(yīng)力，也能夠降低凍害的發(fā)生。混凝土在引入氣體時，能提升其耐久性、抗凍脹和能力；

③早強(qiáng)成分。在施工環(huán)節(jié)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后才能進(jìn)行后續(xù)施工。混凝土終凝過程，需要避免外部荷載過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。而防凍劑的關(guān)鍵作用就是能夠加速混凝土凝結(jié)，可以在最短時間內(nèi)就能夠達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度，硬化速度大幅提升，能夠避免其結(jié)構(gòu)損壞；

④防凍成分。根據(jù)需要加入一定量無機(jī)鹽，作用原理如下所示：防凍組份（以2%NaNO2為例）的溶液冰點可以下降到-1.5℃，在溫度達(dá)到該溫度之后，孔隙內(nèi)部因為存在凍側(cè)游離水就會進(jìn)行結(jié)冰反應(yīng)，冰體內(nèi)NaNO2部分析出，而剩余未結(jié)冰的水中含有NaNO2的濃度會有所增大；溫度在下降之后，其他的游離水還會持續(xù)的結(jié)冰，剩余游離水濃度也會增大，在整個反應(yīng)過程中，直到達(dá)到NaNO2的最低共溶點，游離水全部都能夠形成冰。

防凍劑的防凍機(jī)理和原理是多種效果之下共同形成的，而防凍劑并不是加入之后就能夠產(chǎn)生更好的效果，必須要考慮到具體的施工情況，因此，選擇符合工程需要的防凍劑才能提升混凝土的抗凍性。

2 如何正確使用防凍劑

2.1 使用溫度

任何防凍劑都有其所使用的范圍，需要根據(jù)需要選擇合適的種類。但是該溫度并不是一個準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，必須要綜合工程條件、施工環(huán)境等因素確定。防凍劑應(yīng)用溫度與抗凍臨界強(qiáng)度要聯(lián)合起來應(yīng)用，在達(dá)到防凍劑的應(yīng)用溫度之前，應(yīng)該保證混凝土強(qiáng)度能夠大于抗凍臨界溫度，從而可以提升使用效果，避免結(jié)構(gòu)損壞的情況出現(xiàn)。混凝土可以使用的溫度越低，就表示其防凍劑的效果更好，混凝土可以在較長時間內(nèi)達(dá)到強(qiáng)度要求，可以大大提升臨界抗凍強(qiáng)度性能。

當(dāng)前我國的所應(yīng)用的混凝土防凍劑一般使用溫度為-10℃~-15℃之間，如果要想再次降低使用溫度，防凍劑的配方設(shè)計難度會更高，并且還會存在更多的不確定影響因素。因此，并不是一定需要防凍劑的應(yīng)用溫度就要低于施工環(huán)境的最低溫度，最終重要的是在溫度高于防凍劑的使用溫度時就能夠達(dá)到臨界強(qiáng)度性能。

2.2 采取覆蓋保溫措施

混凝土澆筑完成后，必須輔以一定的覆蓋保溫措施，減緩水化過程中產(chǎn)生的熱量的散失，保證混凝土的內(nèi)部溫度，實現(xiàn)混凝土的正常水化。同時，對混凝土的保溫隔熱，也在一定程度上延緩了混凝土接觸負(fù)溫的時間，保證混凝土的強(qiáng)度正常發(fā)展，以在接觸負(fù)溫時達(dá)到必要的臨界抗凍強(qiáng)度。常用的保溫方式有：利用苯板或擠塑板等保溫板對結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行保溫改造，混凝土澆筑頂面覆蓋棉被和土工布等。

2.3 搞好施工組織

只有充分的做好攪拌、振搗等環(huán)節(jié)的工作，才能體現(xiàn)出防凍劑的使用效果。攪拌時間延長30min 能夠使得材料的攪拌更加的均勻，充分的混合防凍劑以提升材料性能，消除事故問題。再者，防凍劑的應(yīng)用具備最佳攪拌時間與振搗時間，如果過度攪拌或者振搗會導(dǎo)致引起量的降低，而如果攪拌或者振搗不足，會導(dǎo)致內(nèi)部存在大量的氣泡或者材料不均勻造成材料性能的下降，影響防凍效果，此外，攪拌站還要根據(jù)需要設(shè)置保溫裝置，嚴(yán)格限定運輸距離，確保各個環(huán)節(jié)都能夠順利的進(jìn)行，各個工序銜接更加順暢，可以有效的提升混凝土的入模施工溫度，可以有效的延長正養(yǎng)護(hù)的時間，使得混凝土材料盡快達(dá)到抗凍臨界溫度參數(shù)。

3 結(jié)語

混凝土防凍劑是一種非常重要的組成成分，對于結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生直接的影響，所以需要深入研究其應(yīng)用條件。近年來，西方國家開始加大力度進(jìn)行混凝土防凍劑的研發(fā)與應(yīng)用，對于硫氰酸鹽的研究比較深入，美國材料試驗協(xié)會（ASTM）發(fā)布了一些標(biāo)準(zhǔn)。在防凍劑的評價與選擇方面需要綜合多種因素，不能只考慮到降低冰點。因此，混凝土防凍劑被大量應(yīng)用，其理論和實踐體系更加的完善。

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