冬期混凝土施工掺防冻剂施工方法的原理及理论基础

众所周知，混凝土之所以具有很高的强度，是由于其组成中的水泥与水进行水化反应的结果。水泥与水的化学反应，在低温条件下进行得非常缓慢，在4～5℃时尤其如此。因此，寒冷的冬季气候对混凝土工程影响很大。新浇筑的混凝土对温度非常敏感，在低温条件下，混凝土强度的增长要比常温下慢得多。如果温度降至4℃以下，尤其当混凝土降至2～-0.5℃时，混凝土中的水即开始膨胀，这对于新形成的脆弱的混凝土结构会产生永久性损害。如果混凝土温度降至水的冰点以下（例如-2.5℃）​，由于结冰的水不能与水泥结合，在混凝土内，水化反应停止，所产生的新复合物大为减少。一旦冻结时，不只是水化作用不能进行，其后，即使提供适宜的养护条件，也会给强度、耐久性等性能带来不利影响，贻害未来。因此，在混凝土凝结硬化的初期，当预计到日平均气温在4℃以下时，必须以适当的方法保证混凝土不受到冻害。

前苏联科学家对负温下的水化提出了不同的意见，他们认为水泥和水泥化合物可以在-5℃下水化，但在-10℃下水化实际上停止了。在负温下水化进行得很慢，且β-C2S尤其明显，因而需要用NaNO2、CaCl2之类的加速剂，甲醇、乙二醇之类的防冻剂。Logidia认为，过冷水可以在-15℃的低温下引发水化：水化热可以在水泥颗粒表面造成局部熔融，从而使水化继续进行。水泥的多数水化发生在头几天，这时水化进行得很快，对温度变化也敏感。β-C2S水化不多，因为其活性差，而且其水化热也比其他化合物低得多。水泥在-20℃下水化取决于新拌浆体受冻前在环境温度下保持时间的长短，临界时间是4～6h。这段时间足够使阿利特水化越过诱导期。

许多研究证明，一些防冻剂如甲醇、乙二醇等可降低混凝土内部液相冰点，盐类物质如NaNO2、CaCl2等也可降低液相冰点和提高早期强度，使混凝土快速达到抗冻临界强度值。可以减少由于冻害造成混凝土内部结构的损伤，能提高负温混凝土抗渗、抗碳化等耐久性能。