我国北方地区冬期施工很普遍，如不采取有效措施或措施不当,混凝土易遭受冻害，造成工程事故。在混凝土工程的冬期施工方法中，掺加防冻剂是一个很好的选择，通过掺加防冻剂可使冬期施工工艺操作简单,保证工程质量，节省能源和附加设施，降低冬期施工的工程造价。因此，了解混凝土冻害的机理和规律，熟悉混凝土防冻剂的作用机理及其使用方法，对保证工程质量、实现全年均衡施工具有十分重要的意义。

1混凝土冻害机理分析

混凝土拌和物浇筑后之所以能逐渐凝结硬化，直至获得最终强度，是由于水泥的水化作用。水泥水化速度除与混凝土组成材料和配合比有关外，还与外界温度密切相关。当温度升高时水化加快，强度增长加快，当温度降低到0℃度时，存在于混凝土中的水有一部分结冰,导致水泥水化减慢，强度增长相应变慢。温度继续降低，当混凝土中的水完全变成冰时，水泥的水化基本停止，此时混凝土的强度也不会再增长。水变成冰后体积约增大9%，同时产生约2.5MPa的膨胀应力，这个应力往往大于混凝土内部形成的初始强度值，使混凝土受到不同程度的破坏。此外，水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料、钢筋的黏结力。冰凌融化后，还会在混凝土内部形成各种空隙，降低混凝土的耐久性。

冬期施工当混凝土强度达到某一界限值时，由于结构已初步形成，具备了抵抗冻胀破坏的能力，混凝土再受冻亦不会被冻坏，这一强度称做混凝土的抗冻临界强度。抗冻临界强度的提出是混凝土冬期施工理论的一个重大突破，也是制定混凝土冬期施工措施的重要依据。混凝土冬期施工的关键就是要使混凝土尽快达到抗冻临界强度。防冻剂的作用在于降低拌和物冰点，细化冰晶，混凝土在负温下保持一定数量的液相水，使水泥缓慢水化，混凝土达到抗冻临界强度。

2防冻剂的组分及作用机理

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，总结长期冬期施工实践研制的，一般由四种成分组成。

1）防冻组分

防冻组分是一种使混凝土拌和物在负温环境下不受冻害的化学物质。许多无机盐和有机物都有防冻功能。大部分无机盐水溶液（如亚硝酸钠、氯化钠）与水有很低的共熔温度，具有能降低水的冰点、使混凝土在负温下仍在进行水化的作用。在使用防冻剂时必须保持无机盐足够大的浓度，否则仍然会造成冻害。目前除了应用无机盐作为防冻组分外，有机防冻组分（如有机醇类、三乙醇胺等）也开始大范围使用。有机组分既能降低水的冰点，也能使冰的晶格构造严重变形,无法形成冻胀应力，从而破坏水化矿物构造使混凝土强度受损。

2）早强组分

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，增强混凝土抵御冻害的能力。更重要的是，早期的水化反应速度的加快，可使混凝土内大部分自由水变成不结冰的化合水，从而减少混凝土的冻害。

3）减水组分

减水组分的主要功能是：减少拌和水，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。减水成分可以释放包裹水，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。换句话说，减水就意味着提高强度，就是提高混凝土的抗冻能力，同时也提高了混凝土的密实度,较大降低了自由水对混凝土形成的冻害，细化了毛细孔隙，对降低液相冰点有促进作用。

4）引气组分

掺加适量引气组分，可以在混凝土拌和过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的极性微气泡。这样既可以切割、封闭混凝土内的连通孔道，减轻冻胀时的裂纹扩展，又可以起到膨胀“缓冲器”的作用，吸收冰晶膨胀应力，减轻冻害。

3防冻剂的正确使用

混凝土冬期施工方法有很多，一般情况下应优先选用蓄热法，如果经热工计算蓄热法不能达到要求时，要考虑掺加防冻剂。掺防冻剂经常与蓄热法一起应用，利用混凝土的初始热量及水泥在水化过程中释放出来的热量，加快混凝土强度的增加。掺防冻剂时会对混凝土的耐久性产生不同程度的影响，应该在满足混凝土初期养护温度可以达到受冻临界强度的前提下，尽量减少外加剂的掺量。

还应考虑结构本身的要求，如氯盐对钢筋有锈蚀作用。在钢筋混凝土工程和预应力混凝土工程中，可掺用无氯盐的防冻剂。在高湿度、高温度环境中使用的结构中，在与酸、碱等侵蚀性介质相接触的结构中，掺用氯盐阻锈类防冻剂等。

防冻剂的选用必须正确理解“使用温度”。任何一种符合标准的防冻剂产品,都有一个明确的“使用温度”，即在环境温度降到“使用温度”前混凝土必须达到抗冻临界强度,否则混凝土有可能被冻坏。混凝土的“使用温度”越低,说明该防冻剂防冻效果越好，混凝土越有更多的时间来增长强度，达到抗冻临界强度的可能性就大大增加。

只有深入了解了混凝土的受冻机理和防冻剂的作用机理，才能使各类防冻剂得到高效正确的使用，才能加快施工进度，保证工程质量。