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冻融破坏是指在较低温度条件下，混凝土中凝胶孔与毛细孔道之间存在渗透压力和膨胀力，当渗透压力和膨胀力超过混凝土的抗拉强度时，会使混凝土产生细小的裂缝，在反复冻融作用下，会使细小裂缝不断增大，从而导致混凝土强度逐渐降低，甚至出现剥落现象。冻融循环严重影响严寒地区混凝土的耐久性。许多研究发现，与基准混凝土相比，粉煤灰混凝土的抗冻性能得到了显著提高。
研究发现，随着水泥水化反应的持续进行，自由水含量逐渐降低，水泥水化作用不可能完全完成，因此，混凝土中一定存在着未水化胶凝材料。由于混凝土内部孔隙率降低、残余孔径变小等原因，粉煤灰高性能混凝土的抗冻性有所提高。掺入一定量的粉煤灰后，由于水泥用量的减少，水化产物中 Ca (OH)2的含量也相应降低，但粉煤灰二次水化产物C-S-H和 Aft的含量增加，使混凝土与集料界面过渡层的孔隙率降低；此外，粉煤灰的细小颗粒在水泥颗粒中均匀分散，成为水化产物的聚集中心。
这些细小颗粒及水化产物随混凝土龄期的延长，使水泥石孔隙降低，提高了混凝土的耐久性。在质量较高的粉煤灰中，微颗粒充分均匀地分散在水泥颗粒之间，而水泥颗粒中存在着直径大于毛细孔直径的硬空心玻璃体，其作用是切断毛细孔渗水通道，减少泌水，使混凝土结构更加致密，从而大大提高混凝土的抗冻性能。
