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根據溶液熱力學研究,混凝土拌合物中液相冰點的降低程度與防凍劑的摩爾濃度有關,即和防凍劑的品種、摻量有關.隨著研究的深入,對防凍劑在混凝土中的作用機理先后提出了冰晶畸變理論、液灰比平衡理論、成熟度理論等.

(1)冰晶畸變理論.純水在零攝氏度時結冰,由于氫鍵的作用,水分子聚合成巨大的分子集合體,冰脹力很強.摻入了防凍劑的水溶液,在溫度低于其冰點時,開始有冰析出,由于防凍劑對水分子間氫鍵的干擾作用,析出的冰晶細小且呈絮狀結構,在宏觀上表現非常松軟,凍脹力大大下降.

(2)液灰比平衡理論.摻防凍劑的混凝土拌合物,在溫度下降到混凝土中液相的冰點時開始析冰.在一定負穩下,液相由于析冰而濃度增大,冰點降低,在新的負溫下達到新的動態平衡,即冰液共存狀態,在混凝土中仍有液態水存在,保證水泥能夠繼續水化;防凍劑在混凝土中的量不變,在一定溫度下液相的濃度也不變,水泥水化所消耗的水由冰的融化來補充,即液灰比平衡論.

(3)成熟度理論.水泥的水化過程是復雜的化學變化和物理變化學變化過程,受溫度的影響非常顯著.一定配合比的混凝土,其強度是養護溫度和養護時間的函數.養護溫度低時,水泥水化速度慢,混凝土強度低.