静水压理论认为：在冰冻过程中，混凝土空隙中部分水结冰发生膨胀，一定程度下会迫使未结冰的孔溶液向外迁移，在移动过程中，溶液会受到水泥浆体结构的阻碍作用，从而产生静水压。静水压力与孔溶液流程长度有关，当静水压力超过材料的抗拉强度时，材料就会发生破坏。该理论能解释冻融环境下液体体积发生膨胀造成的破坏，但是对于体积在冻结过程中不发生膨胀的溶液的冻结破坏却不能给出合理的解释。

渗透压理论认为：混凝土大孔隙中部分溶液冻结后，液体溶液中盐的浓度会升高，与周围小孔中的溶液产生盐类浓度差；此外，与冰相比，相同温度下水的饱和蒸气压较高，因此小孔中溶液会迁移到大孔中去，在冰水饱和蒸气压差和孔隙中溶液浓度差的共同作用下形成了混凝土内部的渗透压。

2、提升混凝土材料抗冻性能的技术途径

混凝土内部的孔结构是影响抗冻性的最主要的因素，除此之外混凝土的气泡含量、混凝土的强度、临界保水度等因素对混凝土抗冻性也有一定的影响。几种常用的提升混凝土材料抗冻性能的技术途径如下所示。

2.1 降低水灰比

混凝土中的孔隙主要是凝胶孔、毛细孔、拌制过程中引入的空气和外加剂引入的气孔，其大小和数量直接影响了混凝土的性能。混凝土内部孔隙率越低，密实度越好，水就越难进入到混凝土，从而减少混凝土冻融破坏。

水灰比是影响混凝土密实度的主要因素，降低水灰比，一定程度上可以降低混凝土内部的孔隙率，进而提高混凝土的抗冻性能。目前降低水灰比的有效方法是掺减水剂。

2.2 控制原材料质量

混凝土材料抗冻性能在很大程度取决于组成混凝土原材料的质量。混凝土的主要组成原料包括胶凝材料、集料、化学外加剂、矿物掺合料和水。水泥作为混凝土胶凝材料，应优先选用早期强度高、抗冻性能好的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。骨料在混凝土中体积占比约为70%-80%，是混凝土的组成骨架，粗细骨料的质量对混凝土的抗冻性能有重要影响。粗骨料应优先选择吸水率低、密度大、强度高的优质碎石骨料。细骨料应优先选用质地坚硬、级配良好，含泥量低的中河砂。

2.3 选用合适掺合料

矿物掺合料主要是通过改善混凝土的微观结构来提高其抗冻性。常用的矿物掺合料有粉煤灰、硅灰以及矿渣等具有活性的物质。矿物掺合料可以选择单掺：在一定掺量内，掺加硅灰可以提高混凝土抗冻性；磨细矿渣与混凝土内水泥水化生成的Ca(OH)2结合具有潜在的活性，掺量合适时，对混凝土的抗冻融性有一定的改善。矿物掺合料也可选择多掺：硅灰、超细粉煤灰复掺可以提高混凝土抗冻耐久性；粉煤灰与磨细矿渣的复掺能显著提高混凝土的抗渗性和抗冻性能。

2.4 调控含气量

含气量是影响混凝土抗冻性的重要因素。混凝土中加入引气剂后，形成的微小气孔在混凝土受冻过程中可以阻止或者抑制水泥浆中微小冰体的生成，即通过改善内部孔结构，来提高混凝土的抗冻性能。研究表明，当混凝土内部含气量大于4.5%-5.0%时，混凝土的抗冻耐久性显著提高。虽然掺入引气剂是提高混凝土抗冻性能最有效的手段，但是掺入引气剂的同时会引起混凝土强度等其他性能的降低。

2.5 掺入纤维

纤维具有较高的抗裂性和较大的孔隙体积，在冻融条件下具有一定的释压效果，因此，在混合料中加入纤维可以提高纤维的抗冻性能。不同的纤维对混凝土影响效果不一致，钢纤维和聚丙烯纤维都能够提高高性能混凝土的抗冻性。结构上，钢纤维优于聚丙烯纤维，但在抗冻性方面，聚丙烯效果更突出。

3、总结

自20世纪30年代开始研究混凝土抗冻性以来，关于混凝土遭受冻融破坏的机理，有许多学者进行了大量研究，在诸多理论假说中，静水压理论和渗透压理论占主导地位，虽然目前冻融机理尚未完全清楚，但是目前的理论假说在实际工程应用中也起到了很重要的作用。

常见的提高混凝土抗冻性的方法包括降低水灰比、控制原材料质量、选用合适掺合料、调控含气量、掺入纤维等，这些方法在工程实际应用起到了一定的指导作用，但目前关于引气剂的作用机理研究还不是很透彻，还需要深入研究，此外，双掺或多掺矿物掺合料的复合效应也值得进一步探索。