冰是造成混凝土早期冻害的元凶,只要可以干扰或抑制结冰过程,就可以减轻甚至防止冻害发生,因此探究防冻剂对混凝土液相结冰过程的干扰机制是高效防冻剂设计的基础。本文研究氯化钠、氯化钙、硝酸钠、硝酸钙、亚硝酸钠、硫酸钠、尿素、乙二醇、硫氰酸钠9种防冻剂在降低液相冰点、冰晶畸变两大作用机理上的差异,为今后正确使用防冻剂、开发新型防冻剂奠定基础。首先,利用冰点理论和冰点试验研究,对9种防冻剂降低冰点效果进行了对比分析,结果表明:在降低冰点效果方面,钠离子>钙离子;氯离子>亚硝酸根&硝酸根>硫酸根;硫氰酸钠和乙二醇适用于对冰点要求不高的工程,尿素降低冰点作用不突出。根据理论冰点曲线和转换后的孔溶液中溶解度曲线绘制防冻剂与模拟孔溶液的二元理论相图,获得该二元体系低共熔点,并实例介绍了二元理论相图在选择防冻剂种类、确定防冻剂掺量范围、估算理论结冰量三方面的理论应用。其次,利用冻胀变形试验研究,对9种防冻剂降低冻胀变形效果进行了对比分析,结果表明,所有防冻剂都降低了模拟孔溶液的冻胀;但只有氯化钠、氯化钙、硫酸钠可以正面降低砂浆的冻胀,其中以氯化钙的综合效果最佳。最后,采用超景深显微镜观察和结冰强度试验研究了9种防冻剂的冰晶畸变作用,结合结冰形貌、结冰强度和冻胀率对防冻剂进行对比分析,结果表明:细观形貌观察到未冻水多,宏观上表现为冰块呈表面碎片剥落形式破坏,且碎后较粘连,如氯化钠、氯化钙、硝酸钠、亚硝酸钠,其结冰强度低、破坏性小、冻胀率较低;而模拟孔溶液和硝酸钙、硫酸钠、尿素、乙二醇、硫氰酸钠几组防冻剂模拟孔溶液的结冰细观形貌观察到未冻水较少,宏观上表现为结构致密,冰块碎后仍具有较完整结构,结冰强度较高、破坏性较大、冻胀率较高。