我国地域辽阔，在长江中下游、东北、华北、及内蒙、青海、新疆等地，冬天气温都在-5℃以下。低温对混凝土十分晦气，在这些区域的混凝土的损坏大都与冻融 效果有关，混凝土在冻融循环效果下损坏是关系到修建物运用寿命、工程质量、安全等方面的重大问题。冻融损坏是混凝土水工修建物损坏的主要方式之一，冻融破 坏严峻影响水工修建的正常运转，有必要充沛认识它的严峻性，了解其损坏原因，采取正确的规划、施工和办理措施以减轻冻融损坏对修建物的影响，就此问题国内外 混凝土专家对混凝土抗冻问题的研讨日益重视，各自理论不断提出，各种办法不断采用，都力求经过对混凝土受冻机理研讨而找到进步混凝土抗冻功能的更有用、更 经济、更实用的办法。
1国内外关于混凝土受冻机理的研讨状况如下
1.1水转化为冰的相变进程
常温下硬化混凝土是由未水化的水泥、水泥水化产品、集料、水、空气一起组成的气-液-固三相平衡系统，当混凝土处于负温下时，其内部孔隙中的水分将发作从 液相到固相的改动。对混凝土受冻损坏的现象，人们最初只是是以水结冰时体积胀大9%这一自然现象来解释，以为这种现象和盛满水的密闭容器受冻后胀裂的损坏 情况类似。当孔溶液体积超越91%时，溶液结冰后发生胀大压力使混凝土结构损坏。但这种过于简略的观点无法解释杂乱的混凝土受冻损坏的动力学进程。并且试 验标明水饱满度低于91%时，混凝土也或许受冻损坏。这阐明混凝土受冻损坏的机理远远不止这么简略。许多的研讨标明影响混凝土受冻损坏的原因许多，其机理 适当杂乱。但从本质上说，混凝土受冻损坏主要取决于混凝土中水的存在方式。
1.2 混凝土中水的存在方式及空地中饱水程度
在混凝土硬化初期混凝土中水存在方式：
（1）结晶水。如钙矾石等晶体中所含的水称结晶水，这部分水是不或许结冰的。
（2）吸附水。也称凝胶水，存在于各种水化物，如钙矾石的胶凝孔中，因凝胶孔尺寸很小，一般为15!～20!之间仅比水分子大一个数量级，可以为在自然条件下这部分水是不或许结冰的。
（3）毛细孔水。存在于毛细孔中，这部分水是可冻的。由开文公式：rtln（pr/po）=m/d（2σ/r）式中r为气体常数；t为绝对温度；pr为曲 率半径为γ的毛细管中液体的蒸汽压；po为大体积液体的蒸汽压；d为水的密度；σ为外表张力；r为毛细管中的液体曲率半径。得知随毛细孔半径的减小，水蒸 气的冰点也随之下降。例如：半径为5!的孔中纯水冰点为-5℃，而半径为115!孔中水要到-70℃才结冰。
（4）游离水。也称自在水，存在于各种固体颗粒之间，是可冻水。由此可见混凝土冻害是由于游离水和孔径较大的毛细水结冰构成的。水转化为冰体积约增大9%，若硬化混凝土孔隙中的游离水到达饱满，则会在混凝土内部发生内应力，使混凝土结构发作损坏。
另一种类似的说法这样表述，混凝土是一种水泥石，粗细骨料和各种气孔组成的多相复合材料，其中孔径在必定尺寸以上的毛细孔和混凝土拌合物搅拌时裹入的大气 孔在含水时受冻，是构成混凝土受冻损坏的主要原因。当温度下降到0℃以下的某一温度时，由于混凝土孔隙内的水受冻而结冰对水泥石发生了胀大压力，当这种膨 胀压力过大而超越了水泥石的抗拉强度时，水泥石就会遭到损害（如发生微裂缝）甚至于损坏。在必定负温下混凝土受冻程度除了与水泥石自身强度有关外，还与混 凝土孔隙、及孔隙中饱水程度有关，尤其是孔结构对混凝土抗冻性影响最大。混凝土中的孔隙一般分为水泥石中的凝胶孔、毛细孔和大气孔等三种，因此凝胶孔不受 冻害；孔径较小的毛细孔（约320!以下），由于其中水冰点极低，一般不也不受冻害；而1000!以上的毛细孔则受冻融效果影响；大气孔中的水结冰是混凝 土受冻损坏的最主要危害要素。此理论基本上同于上一理论，混凝土中水的存在方式是由混凝土的孔隙结构决议的，混凝土中的毛细孔水和游离水也便是指存在于大 气孔中的水分。而混凝土受冻害程度与孔隙中饱水程度有关也便是必定了水转化成冰相变进程的说法。
1.3静水压和渗透压假说
静水压理论：混凝土在湿润条件下，首先毛细孔吸满水，混凝土在搅拌成型时都会带一些大的空气泡，这些空气泡内壁也能吸附水，但在常压下很难吸满水，总还能留有没有水的空间。在低温下毛细孔中水结成冰，体积胀大，趋向于把未冻水面向大的空气泡方向流动，这就构成静水压力。
渗透压：是由孔内冰与未冻水两相的自在能之差引起的。冰的饱满蒸汽压小于水的。这个蒸汽压的差别推进未冻水向冻住区搬迁，这便是渗透压。
冻融循环对混凝土的损坏是水改动为冰的体积胀大构成的静水压力和冰水蒸汽压差别所构成的渗透压力一起效果的成果。关于两者何者是冻坏主要原因，许多学者持 不同见地。湖南大学的李天援从理论剖析核算着手及客观存在的试验现象出发来证明静水压和渗透压巨细，危害效果及程度。最后得出静水压是混凝土冻害的主要因 素。这一理论是在必定混凝土的孔隙结构和混凝土中水的存在方式的基础上，进一步加深了对混凝土受冻机理的研讨，把力学观点和数学运算运用于此，使得关于混 凝土的受冻机理的理解愈加科学化。
1.4冻融临界饱水值
瑞士fagerland曾提出“冻融临界饱水值法”。此法基本思想，以为混凝土可以包容的可冻住水含量存在一个临界值，当内部水量未到达临界值时，即使呈现冻害环境，混凝土也不会冻坏，到达临界值之后，混凝土将敏捷损坏。
根据power多年试验与理论研讨以为，对混凝土冻融损坏最大的要素是冻住温度、降温速度和饱水程度（或饱满度），尤以饱水程度影响为最甚。水是构成混凝 土受冻损坏的主要原因，现行的有抗冻要求的混凝土都要对其水灰比做出限制，水灰比越小其抗冻性越好。假如混凝土中的孔隙水都达不到饱满，也就不存在冻胀破 坏及水分搬迁，因此“冻融临界饱水值法”，也是根据上述理论的补充阐明。
1.5水分搬迁及枯燥
早在五六十年代美国着名水泥混凝土专家t.c.powers曾总结了许多学者作业，提出了混凝土前期受冻模型：微观模型析冰即冻胀现象，这个观点是以土壤 冻胀的taber-collins学说引进混凝土的。该学说以为冰冻的原因基本不是简略的受冻胀大，而主要来自于水分的搬迁，使得冰晶增大，发生压力致使 结构损坏。
1990年来华讲学的国际建研联冬施委员会秘书长，原苏联学者拉高一达对新拌混凝土当即受冻提出了新的试验成果，即当即受冻w/c=0.4的搬迁比w/c=0.7严峻，经剖析以为：水分搬迁是构成当即受冻混凝土结构损伤的主要原因。
黑龙江省低温修建研讨地点80年代初期对当即受冻一般混凝土作过系统研讨，以为搬迁导致结冰，使混凝土结构构成终身损害。
沈阳修建工程学院的张巨松在承认搬迁是冻害的一个原因外，提出了枯燥也对前期冻害起必定效果，即水分搬迁导致两种成果：一是添加了外表区域内构成的冰晶， 发生了结晶压力，损坏了混凝土结构均匀性，对已构成的结构发生损坏效果；二是混凝土内部没有生成冰晶，但搬迁使得混凝土内部发生枯燥损坏。关于不饱满的一 个冻融结冰和枯燥这两种损坏要素对不同的发展阶段混凝土的效果是不同的。当即受冻的混凝土是以搬迁结冰构成结构不均匀为主，因此时混凝土尚处于塑性阶段， 搬迁导致内部的枯燥收缩，不致使混凝土结构损坏。
相反预养受冻的损坏除了或许发生上述的结晶损坏外，枯燥损坏是不行忽视的要素，由于此刻混凝土内部完全没有生成冰晶，实践工程中的混凝土受冻不是一次冻 结。当即受冻的混凝土即发生严峻的搬迁结冰，跟着转入正温，结构的发展又承受了严峻的枯燥损坏。所以预养时刻越短，最终结构损伤越大。
这一部分的叙说主要是针关于前期受冻的混凝土，对混凝土受冻进程进行了更进一步的区分。混凝土前期受冻是指混凝土在维护硬化期间受冻，在此期间混凝土中的水分较成龄混凝土多，因此水分搬迁对混凝土结构的损坏较严峻。而搬迁构成的枯燥严峻影响了混凝土正常维护和强度添加。
综上所述，混凝土受冻损坏主要是一种力学行为，即水的运动对混凝土结构的影响。混凝土可冻水在结冰时体积胀大而发生了静水压、渗透压、水分搬迁，促进结构 损坏。同时也说到一些相关要素，混凝土水的存在方式、饱水程度、枯燥程度等。经过对混凝土抗冻机理的进一步了解，信任咱们会找出愈加完善的方案来进步混凝 土的抗冻功能。
2混凝土防冻外加剂
运用防冻外加剂便是一种有用地进步混凝土抗冻性的措施。负温对混凝土十分晦气，其一是施工周期长。其二是影响工程质量。运用防冻剂是寒冷区域保证混凝土冬期施工质量，节省能源，下降工程造价的有用措施。加入外加剂进行混凝土冬天施工，其主要效果有以下几点：
（1）下降了混凝土前期受冻的临界强度。总的来说掺外加剂后可使临界强度下降（20%～30%）r28，这就大大的缩短了混凝土的维护时刻，下降了维护的造价，缩短了施工周期。
（2）促进新拌混凝土内固相水-冰的结晶畸变。掺外加剂混凝土中液相的固化，实践上是把一部分水“贮存”起来，跟着结冰的进程，由于液相的削减，使外加剂 的浓度不断增大，与此同时，一部分水用于水泥的水化并结合于水化物中，也使浓度添加，冰点下降，当外加剂溶液的浓度在混凝土液相中接近平衡时，则水泥所需 要的水量就由溶冰来取得。其成果，是混凝土中的含冰量逐步削减并直到消失。
（3）改动混凝土的孔结构。无论是新浇混凝土还是硬化混凝土的抗冻性，均与混凝土的孔结构有关。经过引气外加剂使混凝土具有必定的空气含量，然后改进混凝土的孔结构，可以进步其耐久性及抗前期受冻的才干。
（4）进步混凝土前期强度。早强效果主要是改动水泥中硅酸盐的溶解性，然后加快了水泥混凝土的硬化，并生成了复式及碱性的水化生成物。生成的水化物结晶在某种程度上就加强了水泥浆的结构构成效果使新浇混凝土较快地到达临界强度。
（5）改动了混凝土水灰比及下降混凝土拌合物的用水量。水灰比影响混凝土的孔结构及结构构成进程，因此冬期施工力求经过外加剂的减水增塑效果，不断下降混 凝土的水灰比。为了满足冬天施工的要求，国内外科学作业者对防冻剂技术进行了不懈的研讨和追求，取得了一系列令人满意的成果，防冻理论日渐完善，防冻剂产 品和种类得到了长足的发展，冬期施工中可运用的外加剂除防冻剂以外，还有引气剂、减水剂、早强剂等，常常将它们复合运用。
2.1引气剂
引气剂的掺入可在混凝土中发生适量的闭合细微气泡，改进混凝土结构，有助于混凝土抵抗前期冻害。当水受冻胀大时发生的附加孔隙可起缓冲效果，削减损坏，因此能添加混凝土的抗冻性。
混凝土中掺入引气剂后，引入许多均匀、安稳而关闭的细微气泡，这些细微关闭气泡互不连通、均匀安稳散布在混凝土中，当孔隙内自在水冻住时，气泡被紧缩，可 大为减轻冰冻给孔隙带来的胀压力；溶解时这些气泡可恢复原状，因此孔隙内自在水反复冻融也不致对孔壁发生很大的压力。这些气泡在混凝土中起类似滚珠的作 用，可使混凝土的流动性大为改进，进步了混凝土的和易性，削减泌水和分离。由于和易性改进，可以下降混凝土的单位用水量，在水泥用量不变的情况，可以补偿 部分由于引气而致的强度丢失。只要引气量合适，一般混凝土也可以取得非常高的抗冻功能。
引气剂用于进步混凝土的抗冻性已有多年的历史，长期以来，它的功能主要被归结于气泡卸压这一物理效果。气泡的物理效果和引气剂的外表化学效果同为引气混凝土抗冻性进步所不行疏忽的原因。
2.2减水剂
它可以不改动和易性，增大混凝土熟料的流动性，然后削减混凝土的搅拌用水量，下降水灰比，因此削减由于水冻住而发生的结构缺陷的时机，并可强化混凝土的硬 化进程。掺入减水剂可以改进混凝土的作业性，使更易于浇筑成型，然后使混凝土的密实度添加，泌水率减小，混凝土内外分层现象减轻防止混凝土表层冻酥及在钢 筋石子周围构成冰膜；混凝土的水灰比减小，混凝土内的气泡直径和距离相应减小，有利于进步抗冻性。高效减水剂对水泥的分散效果可进步早强组分和防冻组分的 效果效果。
减水剂具有分散的效果，它可以使水泥成为细微的、彼此分离的单个粒子，均匀的分散于水中，还能使水泥微粒表层构成一层安稳的水膜，而添加混凝土拌合物的和 易性，削减水泥用量。因此减水剂有改进混凝土的空地结构，增强耐久性的才干。由于减水剂削减了混凝土中的含水量的效果，并能使冰晶粒度细微且分散，然后减 弱了含冰量对混凝土结构的损坏效果。
2.3早强剂
可缩短水泥的凝结时刻，加快混凝土强度添加，及水泥的前期放热反响。
早强剂效果：（1）加快水泥水化。使水泥矿物中的c3s、c3a与水敏捷反响，生成钙矾石晶体和钙矾石凝胶较早到达临界强度，以抵抗水结冰时的冰胀应力。 （2）下降冰点。一方面早强剂也是电解质，另一方面因许多的游离水成为结合水，使防冻剂的浓度增大，进步了混凝土的前期强度，为混凝土提前进入抗冻临界强 度发明条件。
对我国各种防冻剂成分查询发现，其组成成分不能单一，有必要是多种成分复合而成。高效减水剂、早强剂、引气剂等多种成分复合运用，彼此补偿各自的缺陷和充沛 发挥各自的效果，这样才干做到使防冻剂具有抗冻、早强、阻锈、催化等综合效果，才干取得最佳效果。高效防冻剂是根据大幅度的削减构成冻害的根本，进步混凝 土前期强度，进步毛细管中防冻剂浓度和细化毛细管径等多种下降冰点的办法及引入适量气相下降冻胀应力为装备根据的。
上述关于冻害机理及防冻外加剂的叙说是密切相关的，只有更透彻的了解混凝土的冻害机理才干在此基础上不断的研讨和生产出更多更优质的防冻外加剂，才干不断进步混凝土的抗冻性，延长冬天施工时刻，进步冬期施工质量，节省冬天施工费用，发明更大的经济效益。
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