混凝土拌和物澆灌后之所以能逐漸凝結硬化,直至獲得最終強度,是由于水泥水化作用的結果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關外,還與外界溫度密切相關。當溫度升高時水化作用加快,強度增長加快,而當溫度降低到0 ℃度時,存在于混凝土中的水有一部分開始結冰,逐漸由液相(水) 變為固相(冰) ,這時參與水泥水化作用的水減少了,水化作用減慢,強度增長相應變慢。溫度繼續降低,當存在于混凝土中的水完全變成冰,也就是完全由液相變成固相時,水泥水化作用基本停止,此時混凝土的強度不會再增長。由于水變成冰后體積約增大9 % ,同時產生約2. 5MPa 的膨脹應力,這個應力往往大于混凝土的內部形成的初始強度值,使混凝土受到不同程度的破壞(即早期受凍破壞) 。此外,當水變成冰后,還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的冰凌,減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結力。當冰凌融化后,還會在混凝土內部形成各種空隙,而降低混凝土的耐久性。

國內外許多學者對冬季施工的混凝土進行了大量的試驗,結果表明:在受凍混凝土中水泥發生水化作用停止之前,使混凝土達到一個最小臨界強度(我國規定為不低于設計強度的30 %且不低于3.5MPa) ,可以使混凝土不遭受凍害,最終強度不受到損失。所以延長混凝土中水的液體形態,使之有充裕的時間與水泥發生水化反應,達到混凝土的最小臨界強度及減少混凝土中自由水的含量是防止混凝土凍害的關鍵。在實際的工程中,針對具體情況,通常采用蓄熱法和摻加防凍劑兩種方法來保證水的液態。防凍劑的作用在于降低拌和物冰點,細化冰晶,使混凝土在負溫下保持一定數量的液相水,使水泥緩慢水化,改善了混凝土的微觀結構,從而使凝土達到一個最小臨界強度,待來年溫度升高時強度持續增長并達到設計強度。

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