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混凝土拌合物澆注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。C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。防凍劑的作用在于降低拌合物冰點，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，從而使凝土達到抗凍臨界強度。
防凍劑是根據混凝土凍害機理，結合抗凍臨界強度、最優成冰率、冰晶形態轉化等理論，并總結長期冬季施工實踐研制的，一般由四種成分組成，其作用分述如下：
1．早強組分
主要作用是加速混凝土的凝結硬化，使之盡快達到抗凍臨界強度；在達到臨界強度以后，能加快混凝土硬化速度，克服負溫、低溫造成的強度增長緩慢現象。
2．引氣組分
在混凝土內引入微米級的細小氣泡，其作用：
①切割、封閉混凝土內的連通孔道，減輕凍脹時的裂紋擴展；
②引入的大量氣泡起到膨脹“緩沖器”的作用，吸收冰晶膨脹應力，減輕凍害。
3．減水組分
其作用：
①減少拌合水，從而減少游離水總量，從根本上減少可凍冰的含量，消除凍脹內因；
②通過減水成分的分散作用，釋放包裹水，消除劣質水泡，使粗大冰晶轉化勾細小冰晶，優化水泥水化環境，減輕脹凍壓力。
4．防凍組分
多為一些有降低冰點作用的無機鹽，作用可概括如下：以NaNO2摻2%為列，摻防凍組分的水溶液冰點約為-1.5℃，當溫度降到-1.5qc時，孔隙內臨近受凍側的游離水開始結冰，冰體內無機鹽部分析出，剩余游離水中鹽的濃度變大（冰點進一步降低）；當溫度繼續下降（如降到- 5℃），又有臨近受凍側游離水部分結冰，剩余游離水濃度繼續增大，持續這一過程，直到亞硝酸鈉最低共溶點出現，孔內全部游離水結成冰。由此可見，防凍成分的作用是在連續降溫過程中保持混凝土內始終有一定的液相水存在，使水泥水化能持續進行。防凍劑的防凍機理是綜合性的，是多種效果的綜合體現。“防凍”只是最終的效果，它是通過早強、引氣、減水、防凍等因素共同作用而實現的。
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