混凝土作为当前社会使用量最大的一宗建筑材料，随处可见。它是一种多孔结构，如果在冬季负温时施工，内部空隙中的自由水会结冰，导致其体积膨胀9%左右，会对混凝土结构产生不利影响。当混凝土经过多次反复的冻融循坏后，混凝土结构会出现开裂、表层剥落或表层出现鱼鳞状崩落，露出新鲜的混凝土面，使冻融破坏继续发展，最终导致结构垮塌。
图1：冻融循环对混凝土破坏机理示意图
如果混凝土所用的骨料有很高的吸水性，自由水被吸入骨料，受冻膨胀可以使骨料断裂，也会导致混凝土破碎。
图2：冻融循环对骨料破坏示意图
图3：冻融循环导致路面出现鱼鳞状崩落
对混凝土带来危害的主要原因并不是低温，而是冻融循环的次数。如果混凝土结构所处环境气候非常寒冷，整个冬天无论白天黑夜，气温都处在冰点以下，混凝土结构反而是安全的，因为冻融循环的次数很少。而在气候较温和的地区，自然环境中的冻融循环频繁发生，中午太阳高照，环境温度高于冰点，而夜晚气温下降，环境温度降到冰点以下，频繁的冻融循环给混凝土结构带来很大危害。
同样道理，混凝土结构朝南的一侧往往受冻融循环的影响要比朝北的一侧大的多，因为朝南的那侧冻融循环次数往往比北侧多许多。
图4：结构朝南的一侧
图5：结构朝北的一侧
图4和图5是同一个混凝土结构，图4是结构朝南的一侧，图5是朝北的一侧，对比可以发现，朝南一侧受冻融循环影响出现的病害要比朝北的一侧严重得多。
化冰盐会降低水的冰点，这会加剧冻融循环对混凝土结构的破坏。这很好理解，假设化冰盐可以使水的冰点从0℃降到-5℃，环境温度只要升高到-5℃而不是原来的0℃就可以使水融化，因此即使环境温度长期处于0℃以下，也会发生冻融循环，而且循环次数还会增加，从而加剧了对混凝土结构的破坏。
图6：化冰盐加剧冻融循环对混凝土的破坏
图7：冻融循环导致混凝土路面D型开裂
为提高混凝土的抗冻融能力，首要是办法是降低水灰比。减低水灰比可以提高混凝土的密实度，减少内部孔隙量和自由水含量，从而使自由水结冰产生的张力减小。同时，密实度高还可以降低混凝土的吸水率，防止外部水分补充结构内的自由水。
骨料对混凝土的水灰比影响很大，比如直径10mm骨料的需水量大于20mm骨料。而砂率过大也会加大需水量，从而增大水灰比。因此选择合适的骨料和砂率可以降低水灰比，提高混凝土结构的抗冻融能力。
引气剂在硬化混凝土内部产生大量封闭的小气泡，可以吸收自由水膨胀张力，从而提高混凝土抗冻融循环破坏的能力。但这些气泡必须均匀分布，相互之间的距离要小于0.25mm。一般情况下，4%的含气量就会有很好的保护效果。对含气量的要求与所用的骨料有关，骨料粒径越大，所需要的含气量越少。需要注意的是，含气量每增加1%，就会使混凝土的强度下降约5%，因此很难做出高强的含气混凝土。要提高含气混凝土的强度，就要加大水泥的用量，这又会导致水化热增加，可能使结构开裂，尤其是在寒冷季节施工时，这个问题会更为严重。粉煤灰、硅粉等矿物外掺料会影响引气剂的使用效果，因为这些材料的粒径非常小，能填充引气剂产生的小气穴，因此，如果混凝土掺加的这些材料，就要相应地提高引气剂的掺量。
引气剂的使用效果取决于两点，一是引气量，二是气穴的形状和分布情况，而后者对提高混凝土抗冻融能力要比单纯的引气量多少重要得多。
有两个原因会使混凝土的含气量降低，一是在浇筑过程中过度搅拌和振捣；二是矿物外掺料、钙矾石和水化硅酸钙会填充气穴，驱赶里面的空气。
正确的振捣、表面收光和养护可以提高混凝土的密实度，防止水的渗入。如果混凝土平面有一定的倾斜度，避免积水，也可以提高抗冻融循环能力。
混凝土结构的抗冻融循环能力非常重要，需要引起足够重视，从结构设计、材料选择、混凝土配合比确定、施工、养护等各环节都不能放松。虽然引气剂是一个选项，但其自身的弱点限制了它的应用。从根本上提高抗冻融能力的关键是提高混凝土的密实度、降低吸水率，混凝土中的水分越少，抗冻融循环的能力自然就越强。
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