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(guān)外,還與外界溫度密切相關(guān)。當溫度升高時(shí)水化作用加快,強度增長(cháng)加快,而當溫度降低到0 ℃度時(shí),存在于混凝土中的水有一部分開(kāi)始結冰,逐漸由液相(水) 變?yōu)楣滔?冰) ,這時(shí)參與水泥水化作用的水減少了,水化作用減慢,強度增長(cháng)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(shí),水泥水化作用基本停止,此時(shí)混凝土的強度不會(huì )再增長(cháng)。由于水變成冰后體積約增大9 % ,同時(shí)產(chǎn)生約2. 5MPa 的膨脹應力,這個(gè)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(huì )在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)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(huì )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(xué)者對冬季施工的混凝土進(jìn)行了大量的試驗,結果表明:在受凍混凝土中水泥發(fā)生水化作用停止之前,使混凝土達到一個(gè)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(cháng)混凝土中水的液體形態(tài),使之有充裕的時(shí)間與水泥發(fā)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(guān)鍵。在實(shí)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(lái)保證水的液態(tài)。防凍劑的作用在于降低拌和物冰點(diǎn),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(guān)結構,從而使凝土達到一個(gè)最小臨界強度,待來(lái)年溫度升高時(shí)強度持續增長(cháng)并達到設計強度。