混凝土拌和物澆灌后之所以能逐漸凝結(jié)硬化,直至獲得最終強(qiáng)度,是由于水泥水化作用的結(jié)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(dāng)溫度升高時水化作用加快,強(qiáng)度增長加快,而當(dāng)溫度降低到0 ℃度時,存在于混凝土中的水有一部分開始結(jié)冰,逐漸由液相(水) 變?yōu)楣滔?冰) ,這時參與水泥水化作用的水減少了,水化作用減慢,強(qiáng)度增長相應(yīng)變慢。溫度繼續(xù)降低,當(dāng)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(qiáng)度不會再增長。由于水變成冰后體積約增大9 % ,同時產(chǎn)生約2. 5MPa 的膨脹應(yīng)力,這個應(yīng)力往往大于混凝土的內(nèi)部形成的初始強(qiáng)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(dāng)水變成冰后,還會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(jié)力。當(dāng)冰凌融化后,還會在混凝土內(nèi)部形成各種空隙,而降低混凝土的耐久性。

國內(nèi)外許多學(xué)者對冬季施工的混凝土進(jìn)行了大量的試驗(yàn),結(jié)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(dá)到一個最小臨界強(qiáng)度(我國規(guī)定為不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30 %且不低于3.5MPa) ,可以使混凝土不遭受凍害,最終強(qiáng)度不受到損失。所以延長混凝土中水的液體形態(tài),使之有充裕的時間與水泥發(fā)生水化反應(yīng),達(dá)到混凝土的最小臨界強(qiáng)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保證水的液態(tài)。防凍劑的作用在于降低拌和物冰點(diǎn),細(xì)化冰晶,使混凝土在負(fù)溫下保持一定數(shù)量的液相水,使水泥緩慢水化,改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu),從而使凝土達(dá)到一個最小臨界強(qiáng)度,待來年溫度升高時強(qiáng)度持續(xù)增長并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。