混凝土防冻剂的作用机理
混凝土防冻剂的作用机理
混凝土拌合物浇筑后之所以能逐渐凝结硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身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，逐渐由液相变为固相，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，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变成固相时，水泥水化作用基本停止，此时混凝土的强度不会再增长。
混凝土防冻剂的作用在于降低拌合物冰点，细化冰晶，使混凝土在低温下保持一定数量的液相水，使水泥缓慢水化，改善了混凝土的微观结构，从而使混凝土达到抗冻临界强度。
1.降低冰点
纯水的冰点为0℃，而在水中加入适量的盐，会使水溶液的冰点降低。复合防冻剂的防冻组分如氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、乙酸钠、尿素等，其作用是降低水的冰点，使水泥在低温（负温）下能够继续水化。此外，不同浓度的某一种溶液，其冰点也不同。常用防冻组分的凝固点与浓度的关系如表9-4所列。
2.促凝早强
混凝土早期强度的提高，可以增强混凝土抵抗水在结冰时产生的冰胀应力，混凝土防冻剂中的早强组分主要起到这一作用。
①防冻剂中的早强组分与铝酸盐或铁铝酸盐反应，形成可以促凝的复杂化合物，而这些复杂化合物又为硅酸盐水泥提供了晶核，加快水泥中硅酸三钙矿物的水化作用。有些早强组分与铝酸盐的反应产物（如氯化物与铝酸盐反应）发生体积膨胀，使水泥石中的孔隙减少，加上该反应物生成较快，从而提高了混凝土的早期强度。
②防冻剂中的早强剂与水泥水化产物氢氧化钙反应形成复合物，可促进水泥水化。当氯化钙掺量小于1%时起缓凝作用，当氯化钙掺量大于1%时起促凝作用，能加大水泥水化的早期发热量，从而提高混凝土的早期强度；氯化钙掺量为2%时，初凝时间可提前1h,终疑时间可提前2h以上。但是，氯化钙掺量大，会增加混凝土的干缩，加剧碱-集料反应，降低抗硫酸盐侵蚀能力和防冻性能，甚至会造成钢筋锈蚀。氯化钠也有明显的早强效果，但对混凝土后期强度增长不利，其他缺点与氯化钙相似。
③掺加氯化物类的外加剂，可使水泥水化形成的硅酸盐胶体状物质的带电性减弱，动电电位大大降低，使细小的胶体颗粒聚集变大而凝聚形成晶体；加上电解质的盐效应、同子效应都对水泥的水化反应产生影响
④防冻剂中的早强剂促进某些矿物的水化，或促进铝酸三钙与石膏之间的反应，加快水泥的水化凝结和硬化。
⑤防冻剂中的早强剂在硅酸三钙的水化物表面形成复杂的早强组分的化合物，促进水化作用；改变水化物组成，从而提高了水泥石的强度；降低液相中的pH值，使水泥组分溶解性加大，促进硅酸盐相的水化。
⑥硫酸盐类与水泥水化产物氢氧化钙发生反应生成细小颗粒的石膏，具有很高的活性，很快形成硫酸钙晶体，使早期强度迅速增长。总之，混凝土中掺入硫酸钠，一般可延缓水泥的凝结时间，而在终凝后又可加快水泥的水化作用，仍然可起到早强的效果。硫酸钠对水泥后期强度的影响，视水泥品种而异，对普通硅酸盐水泥的后期强度稍有降低，对矿渣硅酸盐水泥的后期强度有所提高。
⑦有些有机类的早强剂可与水泥中的某些成分形成络合物、络离子或络合物的中间体，前者可改变某种离子的浓度，影响各种矿物成分的溶解度及其化合物的结晶速度；后者对水泥水化起到催化作用。三乙醇胺掺量为0.01%~0.1%时便具有显著的早强效果，对混凝土的后期强度基本上无影响，对普通硅酸盐水泥的早强作用比矿渣硅酸盐水泥好些。而当三乙醇胺掺量较小时，对水泥有一定的缓凝作用。
3.减少用水量
防冻剂中的减水组分主要起到这一作用。一般来说，减水组分可以从以下几个方面改善混凝土的抗冻性。
①防冻剂中的减水组分可减少混凝土的用水量，既有利于提高混凝土的早期强度，又能起到增强的作用。
②防冻剂中的减水组分对水泥可起分散作用，扩大水泥颗粒与水的接触面积，加快水泥的早期水化作用，加大初期水化的发热量。
③防冻剂中的减水组分可以改变硬化混凝土的孔结构，降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的防冻抗渗等性能。
④防冻剂中的减水组分可减少可冻结水的数量，从而促进水泥的水化作用。
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