混凝土强度增长与温度的关系：低于 5 度水化热停止反应

混凝土微观结构

混凝土拌合物之所以能在浇注后逐渐凝固硬化直至达到最终强度，是由于水泥的水化作用。水泥水化的速度除与混凝土本身的成分、配合比有关外，还与外界温度密切相关。当温度升高时，水化作用加快，强度增加也更快。当温度降至0℃以下时，混凝土中部分水开始结冰，并逐渐由液相（水）转变为固相（冰），此时参与水泥水化的水减少，水化作用减慢，强度增长也随之减慢。当温度继续下降，当混凝土中的水完全变成冰，即完全由液相转变为固相时，水泥水化作用基本停止，混凝土强度将不再增加。

如果入模温度低于5度，水泥的水化热就停止反应，混凝土强度就不会提高。

水结冰后体积增大约9%，产生约2.5MPa的膨胀应力，此应力往往大于混凝土内部形成的初始强度值，使混凝土产生不同程度的破坏（即早期冻害）。另外，水结冰后在骨料和钢筋表面会产生较大的冰柱，削弱水泥浆体与骨料、钢筋之间的粘结力，当冰柱融化后，混凝土内部会形成各种空隙，降低混凝土的耐久性。

混凝土单轴压缩应力-应变曲线

国内外许多学者对冬季施工混凝土进行了大量的试验，结果表明，在冻结混凝土中水泥水化停止前，混凝土可以达到一个最小临界强度（我国规定应不低于设计强度的30%，不低于3.5MPa），使混凝土不发生冻害，不至于丧失最终强度。因此，延长混凝土中水的液态，让其有充足的时间与水泥发生反应水化，达到混凝土的最小临界强度，降低混凝土中自由水的含量，是防止混凝土发生冻害的关键。在实际工程中，根据具体情况，通常采用蓄热法和加入防冻剂两种方法来保证水的液态。防冻剂的作用是降低拌合物的凝固点，细化冰晶，在负温状态下，混凝土中保持一定量的液态水，缓慢地使水泥水化，改善混凝土的微观结构，从而使混凝土达到一个最小临界强度。

防冻剂是外加剂的一种，由减水组分、引气组分、防冻组分，有时还有早强组分组成。

1.减水组分

减水组分的主要作用是减水。减水剂对冬期混凝土有三种作用：一是减水即增加强度，也就是提高混凝土的抗冻性；二是一定含盐量下减少用水量，提高混凝土中自由水中盐的浓度，其毛细作用进一步降低液体凝固点，有利于水化反应的进行，提高早期强度；三是降低水结冰对混凝土的冻胀力，每立方米混凝土减少用水量约20～50L，提高混凝土的密实度，大大减少自由水对混凝土造成的冻害，同时细化毛细孔隙，对液体凝固点还有促进作用。

2.引气组件

在混凝土混合料中，采用添加微小密封气泡的方法，使气泡像球一样运动，降低了气泡的粘度，减少了混凝土与管壁之间的摩擦力，增加了施工阶段的润滑性。同时，改善了混凝土硬化后内部孔隙结构，可以减缓冰晶的冻胀力，从而减少了对混凝土内部结构的破坏，大大提高了硬化混凝土的抗冻性。

3.防冻液成分

防冻剂组分是指在负温环境下防止混凝土拌合物冻结的化学物质。许多无机盐和部分有机物质均具有防冻功能，其作用方式可分为三类：一类是与水具有很低的共晶温度，能降低水的凝固点，使混凝土在负温下继续水化，如亚硝酸钠、氯化钠等，但若掺量不足或温度过低，仍会发生冻害。另一类是它们不仅能降低水的凝固点，而且含有此类物质的冰晶格结构会严重变形，使不能形成冻胀应力，水化矿物结构遭到破坏，导致混凝土强度受损，如尿素、甲醇等，掺量不足时，在负温下强度停止增加，但转为正温后对最终强度无影响；第三类是水溶液虽然具有很低的共晶温度，但不能明显降低混凝土中水的凝固点。 其作用是直接与水泥发生反应，加速混凝土的凝固和硬化，有利于混凝土强度的发展，如氯化钙、碳酸钾等。

4.早强组分

微量的催化早强组分虽然不参与水泥的水化反应，但可以起到催化作用，加速水泥中矿物水化形成钙钒的进程，从而使混凝土在较短的时间内形成坚固的骨架，尽快达到临界抗冻强度，增强混凝土抵抗冻害的能力。更重要的是，加速早期水化反应速度，可以使混凝土中大部分自由水转化为非冻结结合水，从而减轻混凝土的冻害。

5. 其他组件

对于粉体外加剂，混凝土拌合物中还可加入粘结性矿粉，矿粉细粉、超细粉与防冻剂复配后，可使混凝土在养护初期具有一定的防冻能力，而且可大大减少混凝土内部孔隙数量和孔径，降低结构中水的凝固点，充分发挥超细粉的“形态效应”、“活性效应”、“界面效应”和“填充效应”；既可提高施工阶段的粘结性，又可改善混凝土内部结构，降低凝固点。

防冻液应用范围

1、下列结构严禁使用含氯化物盐的防冻剂：

a.预应力混凝土结构；

b.在相对湿度大于80%环境中使用的结构、位于水位变化地区结构、露天结构、经常暴露在水中或被水冲洗的结构；

c.大体积混凝土；

d.与酸、碱或其他腐蚀介质直接接触的结构；

e.经常暴露在60℃以上温度下并需要蒸汽养护的预制钢筋混凝土构件；

f.有装饰要求的混凝土，特别是表面有统一颜色或金属装饰的混凝土；

g.中、重型起重机的薄壁混凝土结构、梁、屋架、落锤、锻锤混凝土基础；

h. 采用冷拉钢筋或冷拉低碳钢丝的结构；

j. 含碱反应性骨料的混凝土结构。

2、下列结构严禁使用含强电解质无机盐的防冻液：

a.与镀锌钢板或铝铁接触的结构，以及钢筋外露、预埋铁件未采取防护措施的结构；

b. 使用直流电源的建筑物及距离高压直流电源100m以内的建筑物。

3、预应力混凝土结构中严禁使用含亚硝酸盐或碳酸盐的防冻剂。

4、含有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂严禁用于饮用水工程和与食品接触的工程，严禁食用。

5、办公、住宅等建筑工程中严禁使用含有硝酸铵、尿素等产生刺激性气味物质的防冻剂；

6、在含有碱活性骨料的混凝土结构中使用强电解质无机盐防冻剂时，防冻剂带入的碱含量（以氧化钠当量计）不宜超过混凝土1kg/m3，且混凝土的总碱含量仍应符合相关标准的规定；

7、有机复合防冻剂可用于普通混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土工程；

8、有机化合物与无机盐复合防冻剂、复合防冻剂可用于普通混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程，并应符合上述1至7条的规定；

9、对有特殊抗冻融要求的水利工程、桥梁及混凝土工程，应通过试验确定防冻剂的种类和用量。

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