在我国极端环境工程需求日益增长的情况下,以及“一带一路”等国家战略中许多重要工程将会跨越若干个冬季施工期的背景下,保障混凝土工程在寒冷环境下安全可靠、提高冬期施工的关键技术及理论基础愈加重要。水泥的早期水化硬化是保证冬期施工混凝土性能及质量的关键影响因素,如何在负温下促进水泥快速水化、保证强度持续发展、并避免冻害发生是需要攻克的难点。通常会采取保温蓄热养护方法,然而这类方法不仅会消耗大量的人力物力财力,还会消耗大量能源而有悖于绿色环保的国策。掺入无机盐早强剂也是一种高效而经济的方法,但是随着服役时间的延长,无机盐带来的弊端逐渐暴露,如钢筋锈蚀、碱-骨料反应、盐类析出等,直接影响混凝土结构的服役功能及安全性。因此,研究安全可靠的促进负温下硅酸盐水泥水化硬化的改性方法具有重要的理论意义和应用价值。首先,通过试验研究了冬期施工环境下混凝土内部温度、变形、抗压强度的演化规律,揭示早龄期混凝土受冻及解冻特征。在此基础上,提出以解冻时间、最短等待时间、最小度时积描述其解冻过程,并以田口-灰色关联分析方法揭示温度、试件尺寸、含冰量这几个影响因素对上述响应的影响程度,最终建立解冻时间的简化计算公式,为后续硅酸盐水泥负温改性试验参数的设定提供依据。其次,基于水泥负温水化必要条件及早期结构形成理论,建立了水泥早期水化几何模型,结合热力学模拟的水泥水化过程,提出毛细水状态、可冻水含量的计算方法。基于计算的不同水灰比、温度、龄期条件下完全冻结毛细水、部分冻结毛细水、不冻结毛细水对应的固相粒径范围及可冻水含量结果,结合消除完全冻结毛细水的判据,提出预养时间的确定方法及水泥负温性能改性思路。再者,以水化硅酸钙（C-S-H）晶种及纳米SiO2为改性组分,研究水泥的负温强度、水化过程、冻结特性及微结构。结果表明C-S-H晶种及纳米SiO2作为成核位点类早强组分结合数小时的预养时间,显著提高-5℃下硅酸盐水泥水化程度及抗压强度,促进水化产物在成核位点处快速生长,快速消耗可冻水,形成的水泥石早期结构降低毛细水凝固点,大大降低了冻胀破坏的风险。相比纳米SiO2,由于水泥主要水化产物C-S-H在C-S-H晶种上生长所需跨越的成核势垒更低,因此具有更好的改性效果。进一步,研究硫铝酸盐水泥作为改性组分对水泥负温性能、水化特征、冻结特性、微结构的影响,得到硫铝酸盐水泥对硅酸盐水泥在-5℃下的改性效果,揭示负温下硫铝酸盐水泥改性水泥机理。在无预养条件下,掺入较大掺量的硫铝酸盐水泥的硅酸盐水泥负温下的初始水化主要由C4A3S的水化主导,生成的针棒状钙矾石快速消耗自由水、降低可冻水含量及促进早期结构的形成。数小时预养条件下,小掺量硫铝酸盐水泥的硅酸盐水泥由于浓度效应和早期结构形成效应的共同作用,受冻的风险也被大大降低。最后,研究碱激发矿渣做为改性组分对硅酸盐水泥负温性能、水化特征、冻结特性、微结构的影响。研究发现碱激发矿渣的掺入显著降低了水泥在负温下的凝固点,液相的存在为负温下水泥的持续水化提供了前提条件,碱激发矿渣/硅酸盐水泥胶凝材料体系在早期水化反应剧烈,负温下能够形成缩聚程度更高的水化产物和更致密的水泥石,从而显著提高了碱激发矿渣/硅酸盐水泥胶凝材料体系在-5℃、-20℃下的抗压强度。总之,考虑冬期施工环境温度及养护条件的差异,科学地选择C-S-H晶种、纳米SiO2、硫铝酸盐水泥以及碱激发矿渣对硅酸盐水泥进行改性的方法,可显著提高硅酸盐水泥的负温性能,避免早期冻害的发生和耐久性问题的困扰,保证混凝土的冬期施工绿色环保、安全可靠及高效地实施。