在冬期施工過程中，當平均溫度小于或等于５℃時，混凝土強度發展緩慢。當氣溫在-1～-2℃時，如不采取有效保溫措施，新澆筑的混凝土有可能發生凍害，一旦受凍將給混凝土帶來很大的破壞。在冬季使用防凍劑，再加上良好的保溫養護是減輕混凝土早期病害及提高混凝土防凍效果切實有效的措施，可保證混凝土的耐久性及強度達到施工要求，保證混凝土工程質量。

（一）防凍劑作用機理

防凍劑在混凝土中的作用機理主要有以下幾種。

（1）冰晶畸變理論

純水在0℃結冰時，由于氫鍵的作用會導致水分子匯聚形成凍脹力很強的分子集合體。在水中加入防凍劑后，溫度降低到其冰點以下也會慢慢慢慢有冰析出，但水分子間的氫鍵由于受到防凍劑分子的干擾，會析出呈絮狀結構、宏觀上非常柔軟、凍脹應力顯著降低的細小冰晶。例如，NaNO₂、Na₂SO_４、Ca（NO_３）₂等降低凍脹力的能力都很強。

（2）烏拉爾定律

防凍劑的濃度對降低混凝土拌合物中液相冰點有一定的作用，只有降低液相冰點，才能保證在負溫下條件下，混凝土有液態的水參與水泥水化。這是使用防凍劑的混凝土，在負溫條件下混凝土依然可以水化，提高混凝土強度。

（３）液灰比平衡理論

當溫度降至混凝土中液相冰點時，含有防凍劑的混凝土拌合物也會逐漸開始析冰，在負溫環境下的液相，冰點隨著析冰濃度增大而降低，隨即在此負溫條件下達到冰液共存狀態，也就是新的動態平衡。此時，混凝土中的液態水可以保證水泥繼續進行水化，防凍劑濃度不變，液相濃度也不變，冰融化產生的水補充水泥水化需要的水，這也就是液灰比平衡。

（４）成熟度理論

溫度對水泥水化的影響極其顯著，配合比一定的混凝土，隨著養護溫度的降低，水泥水化速率變慢，混凝土強度的增長速率逐漸降低。因此，混凝土強度的發展不僅僅是養護時間有關，也與養護溫度有很大的關系。比如20℃時成熟度系數為1，而在-10℃時成熟度系數僅僅只有0.12。在冬期混凝土施工驗收時的混凝土成熟度按600℃·d計算，并規定不超過60d，對于很多不采取保溫措施的工程，即使超過60d依然難以達到規定600℃·d的成熟度，回彈檢測時常常強度偏低。

（二）防凍劑的成分

在冬季混凝土工程施工中，為了避免混凝土遭受凍害，生產時常加入防凍劑來降低混凝土中液態水的冰點溫度，保證混凝土內部有滿足水化的液態水存在，減輕由于低溫帶來的損害。目前應用較廣的防凍劑大多是復合型防凍劑，具有坍落度損失小、減水率高、早期強度高、凝結時間適中等優點，其主要成分包含以下幾種。

（1）防凍組分

其作用是破壞冰的晶形，降低水的液相冰點，保持混凝土內部存在水泥水化反應所需要的液態水，避免混凝土遭受凍害，盡快達到早期強度。使用防凍組分首先可以降低水的冰點，保證混凝土在負溫下的水化反應繼續進行，如氯化鈉、亞硝酸鈉等；其次也可以使冰的晶格形態發生變化，降低凍脹應力，避免混凝土強度受到損害，如尿素、甲醇等。此外，有些防凍劑雖然無法降低混凝土中水的冰點，卻可以直接與水泥發生水化反應加快混凝土的凝結硬化，提高混凝土早期強度，如氯化鈣、碳酸鉀等。

（2）早強組分

早強組分在混凝土水化反應中起催化作用，加速混凝土的凝結硬化，使其盡快達到抗凍臨界強度，提高混凝土的抗凍能力。同時，由于水泥水化反應的進行，促進結合水的產生，水化反應也能產生一定量的水化熱，減輕混凝土凍害。

（3）減水組分

減少混凝土的用水量，消除凍脹內因，增強混凝土密實度。減水劑能將水泥分散為更小的顆粒，改善混凝土內部孔隙結構。減水劑吸附在水泥表面可以釋放包裹水，使冰晶粒度由大變小，減小結冰時的對混凝土產生的脹凍壓力。

（4）引氣組分

引氣劑是引入的細小氣泡，吸收冰晶形成過程中產生的凍脹應力，減輕混凝土凍脹時的裂紋擴展，降低對混凝土凍脹力。含氣量的增加還可以增加混凝土內部潤滑性，改善混凝土和易性，進而改善混凝土內部結構。細小氣泡可以切割混凝土內的有害孔道，提高混凝土的耐久性。

（三）防凍劑的復配過程中的注意事項

防凍劑的復配不是簡單地將幾種不同組分混合在一起，應當通過實驗驗證各種成分復合后的效果是疊加還是相互抵消，同時應該根據混凝土原材料、配合比、技術要求等情況，充分考慮各組分對混凝土性能的影響。

（1）復配時用水量不能過高，容易造成防凍減水劑劑自身結冰；

（2）注意早期和防凍組分中無機鹽用量，防止用量過大造成減水率降低、保坍能力下降以及對混凝土后期強度和耐久性的影響；

（3）選用合適的無機鹽類防凍、早強組分，避免在低溫狀態下結晶沉淀，堵塞管路，影響混凝土生產；

（4）使用有機物作為防凍組分時，摻量不宜過大，避免影響到混凝土的后期強度；

（5）控制好防凍劑中的氯離子含量和堿含量，防止對混凝土的耐久性造成影響。

（四）防凍劑的摻量

如何恰當準確地確定防凍劑的摻量，防凍劑使用過程中十分關注的同題。從實際應用來看，混凝土防凍劑的摻量受水泥品種、用量、水灰比、溫度、減水劑品質及用量、養護條件、工程部位、形狀及模板等影響。這些中水灰比、溫度、結構件表面系數等與防凍劑摻量成正比，而水泥用量、減水劑減少用水量等與防凍劑摻量成反比。有采取以水灰比為基礎的說法，認為混凝土的抗凍能力與液體和灰量有關，相對應的防凍劑摻量計算為：

a＝C_t·（W/C）·I·d_t （1）

式中：a——防凍劑摻量（%）；

C_t——溫度t時防凍劑溶液質量分數（%）；

d_t——原始水溶液密度（g/cm³）；

I——生成的冰量（%）；

W/C——混凝土的水灰比。

從防凍劑摻量的公式看出，許多計算參數不容易確定，增加了計算的難度和不準確性。有關人員研究發現混凝土中防凍劑水溶液結冰量I達到40%～50％時，對混凝土強度不會產生不良影響，如結冰量按1=50％由式（1）計算在混凝土確定的負溫條件下防凍劑摻量為：