混凝土防冻剂的定义和作用机理
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作者: 艾海提.斯麦提
摘要：混凝土防冻剂能使混凝土在负温下硬化，并在规定的养护条件下达到预期性能，低温或负温对混凝土施工十分不利。环境温度低，水泥的水化反应慢，妨碍混凝土强度的增长。实验得出：温度每降低1℃，水泥的水化反应速率约降低5％～7％，在1～0℃范围内水泥的活性急剧降低，水化作用缓慢。一般在温度低于0℃的某个范围时，游离水开始结冰：温度下降到～15℃左右时，游离水几乎全部结冰，致使水泥的水化和硬化完全停止。当液态的水转化为固态的水晶时，其体积约增大9％。使混凝土产生内应力并造成骨料与水泥颗粒的相对位移及内部水分向负温表面迁移，在混凝土内部形成冰聚体而引起局部结构破坏。在解决冬季混凝土施工的难题面前，掺和混凝土防冻剂无论从经济效益还是从工程的可操作性方面考虑，都是一个很好的选择。
关键词：防冻剂；定义；作用机理
1、混凝土防冻剂的作用机理
混凝土拌合物浇注后之所以能逐渐凝结硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配置比有关外，还与外界温度密切相关。当温度升高时水化作用加快，强度增长加快，而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相(水)变为固相(冰)，这时参与水泥水化作用的水减少了，水化作用减慢，强度增长相应变慢。温度继续降低，当存在于混凝土的强度不会再增长。防冻剂的作用在于降低拌合物冰点，细化冰晶，使混凝土在负温下保持一定数量的液相水，是水泥缓慢水化，改善了混泥土的微观结构，从而使凝土达到抗冻临界强度。
防冻剂是根据混凝土冻害机理，结合抗冻临界强度，最优成冰率，冰晶形态转化等理论，并总结长期冬季施工实践研制的，一般由四种成分组成，其作用分述如下：
1.1 早强组分：主要作用是加速混凝土的凝结硬化，使之尽快达到抗冻临界强度；在达到临界强度以后，能加快混凝土硬化速度，克服负温，低温造成的强度增长缓慢现象。
1.2 引气组成：在混凝土内引入微米级的细小气泡，起作用：
①切割，封闭混凝土内的连通孔到，减轻冻胀是的裂纹扩展。
②引入的大量气泡起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。
1.3 减水组成
起作用：
①减少拌合水，从而减少游离水总量，从根本上减少可冻冰的含量，消除冻胀内因；
③通过减水成分的分散作用，释放包裹水，消除劣质水泡，使粗大冰晶转化为细小冰晶，优化水泥水化环境，减轻胀冻压力。
1.4 防冻组分：多为一些有降低冰点作用的无机盐，作用可概括如下：以NANO2掺2℃为例，掺防冻组分的水溶液冰点约为－1.5℃，当温度降低到－1.5时，空隙内临近受冻侧的游离水开始结冰，剩余游离水浓度继续增大，持续这一过程，之大亚硝酸钠最低共熔点出现，孔内全部游离水结成冰。由此可见，防冻成分的作用是在连续降温过程中保持混凝土内始终有一定的液相水存在，使水泥水化能持续进行。
防冻剂的房东机理是综合性的，是多种效果的综合体现。“防冻”只是最终的效果，它是通过早强，引气，减水，防冻等因素共同作用而实现。
2、防冻剂对新拌混凝土性能的影响
2.1 新拌混凝土和易性：防冻剂在混凝土中的大量掺用并不能提高混凝土的流动性和防止固体颗粒的体积，原因在于：防冻剂中的各组分都能起到加速水泥凝固作用，而且大量掺加防冻剂会在增大混凝土液相的黏度的同时也降低了混凝土也想的温度。
当防冻剂与强阻凝剂，塑化剂复配或者亚硝酸钠，氨水，胺与其他弱速凝剂或阻凝剂复配时，混凝土的流动性提高。
防冻剂尤其是钙盐防冻剂具有弱的减水效果，与标准混凝土相比w／c降低3％～5％而不影响混凝土的工作性；氯化钙，亚硝酸钙和氯化钠复配作为防冻组分的防冻剂同样具有弱的减水作用。
综上所述，无机盐类防冻剂的减水和塑化作用一般较弱，当需要增加混凝土流动性时应复配减水剂或高效减水剂。
2.2 混凝土的凝固：以氯化钙，碳酸钾和其他为防冻组分的防冻剂会减少混凝土的凝结时间。因此，当混凝土需要长距离运输时，即使在低温情况下，防冻剂必须与有机或无机阻凝剂复配使用。
2.3 水泥的水化热：掺防冻剂的混凝土，不论在任何温度下，水泥水化过程中均产生大量的水化热；这是由于防冻剂缩短水泥水化诱导期，从而促进水泥早期水化和早期水化放热。水泥水化放热导致更多的冰融化形成水，这将有利于水泥的水化。此外，为了满足冬期混凝土热能需要，必须掌握掺防冻剂混凝土的水化热数据。水泥水化放热量的大小取决于混凝土的矿物组成和水泥的表面积。
2.4 抗冻剂对硬化混凝土性的影响
2.4.1 混凝土强度：大多数防冻剂对水泥胶体微结构，孔结构，水泥胶体和骨科的黏结区有影响，防冻剂对水泥胶体物理机械性能的影响最明显。混凝土拌合以后，低温下水泥的水化过程需要一个很长的时间，因此混凝土的硬化较慢。
2.4.2 混凝土的弹性：弹性是混凝土机械性能的一个重要方面。弹性模量则是表征混凝土结构敏捷感程度的一个参考。掺防冻剂混凝土的弹性提高，而掺碳酸钾防冻剂的混凝土具有较低的弹性模量。
2.4.3 钢筋混凝土的黏结强度：防冻剂对钢筋与混凝土的结合没有影响或提高其结合强度0％－20％。
2.4.4 混凝土碳化：防冻剂同塑化剂复配可以使混凝土致密化因此降低了碳化速度。例如，使用碳化钾作防冻剂时，溶液中生成的碳化钙和水台碳酸铝可以堵塞孔洞。
2.4.5 碱－骨料反应：含可水解钠盐或碳酸钾的防冻剂禁止用于可能发生碱骨料反应的混凝土工程。防冻剂复合减水剂和引气剂的使用，可以降低混凝土液相的碱性。钙盐防冻剂不会导致碱－骨料膨胀，因为钙盐防冻剂与无定形硅形成微溶于水的硅酸钙覆盖在骨科表面形成一层保护膜，防止了反映的进一步发生。
2.4.6 加重钢筋锈蚀，防冻剂可以分成三类：第一类防冻剂也是防锈剂，不会导致钢筋锈蚀。这一类防冻剂包括亚硝酸钠，亚硝酸钙和硝酸钙的复配物，当钢筋有足够厚度的混凝土保护时，阻锈功能最佳；第二类防冻剂包括碳酸钾，硝酸钙，尿素等；第三类防冻剂包括氧化钙和氯化钠。
实验已证实，当亚硝酸钙与氯化钙的质量比大于0.5的溶液对钢筋可以起到阻锈作用。
2.4.7 混凝土的抗冻性：钙盐和有机胺防冻剂均可以提高混凝土的抗冻害能力，这些防冻剂均能改善了混凝土的孔结构，增加水泥胶体与骨科的作用范围并阻止混凝土中液体的结冰。
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