冬季施工面临的主要问题是混凝土冻害,由于早期冻害损伤对混凝土的破坏作用极大,因此早期冻害的防护对混凝土耐久性影响至关重要。混凝土在负温施工时,如果混凝土在幼龄期受冻破坏,即未达到抗冻临界强度时受冻的损害最大,如何保证混凝土在幼龄期时不受冻害,并使混凝土在负温条件下的强度还能继续增加,后期强度和耐久性得到很好的改善成为当今国际工程界普遍关注的问题。为了尽量减小或避免早期冻害对混凝土的损伤,不仅要通过检测手段了解早期冻害对混凝土的破坏程度,而且更应该了解混凝土早期内部微观结构的发展情况以及早期冻害对微观结构的影响,这样可以增加对负温混凝土的认识。国内外的专家学者对混凝土的冻融破坏机理及如何提高混凝土抗冻性等方面进行了大量研究,在理论方面对于混凝土终龄受冻的破坏机理和抗冻性方面取得了显著进展,但是对于早期受冻对混凝土性能及其微观结构的变化还没有系统的研究。因此本文针对混凝土早期冻害对其后期强度及结构影响较大的问题,通过采用改变温度制度和预养时间的方式,研究不同养护条件对混凝土的抗压强度的影响,计算混凝土的抗冻临界强度值,运用X射线衍射、差热及扫描电镜分析,定性分析不同养护龄期的混凝土水化产物组成,利用扫描电镜及能谱分析辅助证明混凝土断面的微观结构。本文首先通过改变混凝土养护的温度制度,测试不同预养时间的混凝土6d及31d抗压强度,研究不同预养时间以及不同温度制度对混凝土早期及后期强度的影响。结果表明混凝土预养时间应该多于60h,或者受冻强度大于标养31d强度值的35.3%左右,再经历恒负温一次冻结、变负温一次冻结、恒负温气冻气融循环和变负温气冻气融循环四种不同条件的负温环境,早期强度与标养条件混凝土强度相比降低不大,后期强度一般高于标养条件的强度。恒负温气冻水融循环和变负温气冻水融循环两种条件下,预养时间大于24h,混凝土31d强度均高于同龄期标养强度的20%以上。其次,利用工程应用的广义抗冻临界强度计算法及成熟度法,根据标准养护条件下混凝土各个龄期强度值,分别计算恒负温一次冻结、变负温一次冻结、恒负温气冻气融循环、变负温气冻气融循环、恒负温气冻水融循环、变负温气冻水融循环六种不同温度制度下的抗冻临界强度值。结果表明,利用成熟度法计算的抗冻临界强度值较直接测定法确定的抗冻临界强度值高很多,对于冬季施工中混凝土的安全性有更高的保证率。但由于不同已知条件对成熟度法计算公式中待确定参数的离散程度很大,导致对计算结果的偏差大,所以工程上应用成熟度法需要谨慎确定公式中的参数。最后,通过采用X射线衍射、差热分析及扫描电镜微观分析的手段,从不同角度分析混凝土的水化过程以及微观结构。提出了“混凝土水化过程假设”及其在负温条件下的应用。依据该假设解释了防冻组分、早强组分、外掺料对混凝土作用的机理。研究结果表明,混凝土早期不同预养时间经历不同养护温度制度,对混凝土性能会产生不同结果。如果混凝土达到一定的预养时间,此时混凝土内部微观结构及水化产物达到一定程度,再经历负温环境,会使混凝土早期强度损伤不大,后期强度高于标准养护条件的混凝土强度值。根据对宏观和微观实验结果的总结,提出了“混凝土水化过程假设”,及其在负温条件下的应用。依据该假设解释了防冻组分、早强组分、外掺料对混凝土作用的机理。这个假设为负温混凝土的理论研究提供了一个新的平台和思路,从另一个角度解释混凝土中存在的一些现象及问题。