防凍劑的組成及作用機(jī)理
防凍劑必須從防止凍害的發(fā)生及提高混凝土本身的抗凍性兩個(gè)途徑來解決。
防凍劑可以分成兩大類型：早強(qiáng)型和防凍型。
我國氣候及溫度變化規(guī)律：長江以北到黃河以南，氣溫雖然可以降至5℃以下但基本上在0℃上，冬季施工只要加早強(qiáng)劑即可以保證質(zhì)量了。黃河以北，氣溫會(huì)在0 ℃以下數(shù)個(gè)月，冬季施工需要防凍劑。華北西北地區(qū)，較低氣溫在-10 ℃以上的地區(qū)，使用早強(qiáng)型的防凍劑。東北地區(qū)內(nèi)蒙新疆，冬季氣溫經(jīng)常在-10 ℃以下，冬季施工的混凝土必須使用防凍性的防凍劑。
1. 早強(qiáng)型防凍劑
較低氣溫不**過-10℃，日氣溫一般在0℃上下浮動(dòng)，在氣溫較高的白天澆筑，混凝土內(nèi)部溫度就可以保持在0℃以上。不是在較高氣溫下澆筑，澆筑后用塑料薄膜及草袋等覆蓋，混凝土內(nèi)部溫度也會(huì)**氣溫。這種情況下混凝土?xí)芸爝_(dá)到臨界強(qiáng)度3.5MPa而不至于產(chǎn)生凍害。因此在較低溫度**-10℃時(shí)只需添加早強(qiáng)型防凍劑即可。目的是較快的達(dá)到臨界強(qiáng)度。
早強(qiáng)型防凍劑可以不必加入太多的防凍組分，盡量使防凍劑的摻量降低些，不但經(jīng)濟(jì)核算，降低摻量對混凝土的耐久性也是很有好處的。
2. 防凍型防凍劑
日平均氣溫在-15℃以下的地區(qū)，混凝土澆筑后即使是入模溫度較高，但由于混凝土內(nèi)外溫差較大，混凝土在簡單覆蓋的情況下還是會(huì)很快的降至0℃以下，防凍劑的作用是要保證混凝土在澆筑后能抵御一定限度負(fù)溫環(huán)境。在此低溫下混凝土內(nèi)部仍然保持足夠的液相，以使水泥水化作用繼續(xù)進(jìn)行，而不致被凍脹破壞。
防凍組分是以降低液相中的冰點(diǎn)為目的的一些純化學(xué)物質(zhì)。為保持在規(guī)定的負(fù)溫下仍然有足夠的液相就必須保持防凍成分有一定摻量。這些物質(zhì)在防凍劑中占有相當(dāng)?shù)谋壤@種比例隨著所要求的規(guī)定溫度不同而變化，負(fù)溫越低摻量越大。
3. 復(fù)合型防凍劑的組分及作用機(jī)理
根據(jù)混凝土產(chǎn)生凍害的原因分析，必須從提高混凝土本身的抗凍能力及防治凍害的發(fā)生兩個(gè)途徑來解決。
（1）早強(qiáng)組分
為了促進(jìn)水泥水化作用，使混凝土盡快達(dá)到抵御凍害的能力，強(qiáng)度*增長，加速模板周轉(zhuǎn)，縮短工期，早強(qiáng)組分是**的，為了避免鋼筋銹蝕，采取相應(yīng)技術(shù)措施，使用少量的氯鹽，確保對鋼筋無促銹作用。
常用的早強(qiáng)劑有硫酸鈉，氯化鈣，硝酸鈣，亞硝酸鈣，三乙醇胺等。防凍劑中的早強(qiáng)成分主要是是混凝土盡快達(dá)到或**過混凝土的受凍臨界強(qiáng)度。
（2）減水組分
減水劑的作用就在于分散水泥和降低混凝土的水灰比。減少了**用水量，使毛細(xì)孔變細(xì)、減少、且分布均勻，提高了混凝土的密實(shí)性。實(shí)質(zhì)上是減少了混凝土中可凍水的數(shù)量，即減少了受凍混凝上中的含冰率，相應(yīng)也提高了混凝土防凍性能。另外防凍劑摻量是固定的，由于水灰比的減小，相對的提高了混凝土中減水劑水溶液的濃度，進(jìn)一步降低了冰點(diǎn)，從而提高了混凝土防早期凍害能力。
常用的減水劑有木鈣，木萘，萘系高校減水劑及三聚氰胺，氨基磺酸鹽等。
（3）引氣組分
水結(jié)冰時(shí)體積增大 9 ％，嚴(yán)重時(shí)可造成混凝土中骨料與水泥顆粒的相對位移，使混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷甚至破壞，形成不可逆轉(zhuǎn)的強(qiáng)度損失。這種引氣劑在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的激小氣泡。這些氣泡對混凝土主要有四種作用：
(a) 能減少混凝土的用水量，進(jìn)一步降低水灰比；
(b) 引入的汽泡對混凝土內(nèi)冰晶的膨脹力有一個(gè)緩沖和消弱作用，減輕冰晶膨脹力的破壞作用；
(c) 提高了混凝土的耐久性能；
(d) 小氣泡起到阻斷毛細(xì)孔作用，使毛細(xì)孔中的可凍結(jié)水減少。
當(dāng)引入的氣泡數(shù)量少，體積大，一般都是可見氣泡，起不到上述效果，反而會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響，并且由于振搗排除不力時(shí)，一些氣泡還會(huì)聚合成較大氣泡，因此稱這種氣泡為有害氣泡，所以使用引氣原材料要特別謹(jǐn)慎。
引氣的組分可以使用引氣型減水劑如木鈣，木鈉，蒽系減水劑等。也可以使用引氣劑，如松香熱聚物等。
（4）防凍組分
主要功能是在負(fù)溫條件下降低混凝土內(nèi)游離水的冰點(diǎn)，減少混凝土內(nèi)部水分的成冰率，使之有較多的液態(tài)水供水泥水化，較重要的是改變成冰結(jié)構(gòu)，使冰晶變得疏松且成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而對混凝土結(jié)構(gòu)沒有破壞作用。防凍組分一般摻量都比較大，考慮到對混凝土耐久性能的要求，應(yīng)盡量減少 K + 和 Na + 的引入量，這也是防凍劑的**特點(diǎn)。
在負(fù)溫下?lián)椒纼鰟┗炷?部分水仍保持液相，混凝土強(qiáng)度在負(fù)溫下依然在增長。在負(fù)溫下混凝土的增長速度取決于水泥品種、防凍劑種類和負(fù)溫溫度。按混凝土強(qiáng)度增長的速率的次序如下排列：
K 2 CO 3 >CaCl 2 >NaCl>NaNO 2 >Ca(NO 3 ) 2
只要保證混凝土在達(dá)到臨界強(qiáng)度前不受早期凍結(jié)，摻防凍劑混凝土的強(qiáng)度在以后的正溫下都能正常地繼續(xù)增長。
三、 防凍劑的生產(chǎn)與工程應(yīng)用
1 防凍劑的生產(chǎn)
復(fù)合型防凍劑在我國北方地區(qū)大量使用。
粉狀防凍劑的生產(chǎn)關(guān)鍵在于配方的選擇與產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。而液體產(chǎn)品必須考慮各組分之間在水溶液中的相容性。液態(tài)產(chǎn)品中不允許有沉淀、結(jié)晶、絮狀物、粘稠度要適于管道輸送。
2 冬季施工中防凍劑的選用
冬施混凝土大致分為3大類：冷混凝土、負(fù)溫混凝土和早強(qiáng)混凝土。
冷混凝土是指除拌合水必須保持液態(tài)外，其他集料均不保溫，澆筑后也不采取任何保溫措施，主要依靠防凍組分保證一定的過冷液體在負(fù)溫下緩慢的進(jìn)行水化。這種混凝土需要摻大量無機(jī)鹽類來降低冰點(diǎn)。在施工條件不具備采取其他措施時(shí)才使用。
負(fù)溫混凝土：混凝土在負(fù)溫施工時(shí)，對砂、石、拌合水進(jìn)行保溫和熱處理，在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中要與保溫防護(hù)、蓄熱法等綜合措施相結(jié)合。
低溫早強(qiáng)混凝土：在0℃左右的低溫或不很低的負(fù)溫下施工，只采取加熱拌合水再輔以綜合蓄熱法使混凝土保持在正溫下硬化、增強(qiáng)。
冷混凝土和負(fù)溫混凝土摻防凍劑的作用是降低拌合物種中液相的冰點(diǎn)，使水泥在負(fù)溫下繼續(xù)水化，因此采用防凍型的防凍劑，負(fù)溫混凝土采用了加熱原材料及蓄熱保溫養(yǎng)護(hù)使混凝土的初始溫度始終**外界較低溫度，因此外加劑摻量比冷混凝土少。
低溫早強(qiáng)混凝土則只需加入早強(qiáng)型防凍劑即可。
