防凍劑在混凝土中的作用機理主要有以下幾種。

（1）冰晶畸變理論

純水在0℃結冰時，由于氫鍵的作用會導致水分子匯聚形成凍脹力很強的分子集合體。在水中加入防凍劑后，溫度降低到其冰點以下也會慢慢慢慢有冰析出，但水分子間的氫鍵由于受到防凍劑分子的干擾，會析出呈絮狀結構、宏觀上非常柔軟、凍脹應力顯著降低的細小冰晶。例如，NaNO2、Na2SO４、Ca（NO３）2等降低凍脹力的能力都很強。

  （2）烏拉爾定律

防凍劑的濃度對降低混凝土拌合物中液相冰點有一定的作用，只有降低液相冰點，才能保證在負溫下條件下，混凝土有液態(tài)的水參與水泥水化。這是使用防凍劑的混凝土，在負溫條件下混凝土依然可以水化，提高混凝土強度。

（３）液灰比平衡理論

當溫度降至混凝土中液相冰點時，含有防凍劑的混凝土拌合物也會逐漸開始析冰，在負溫環(huán)境下的液相，冰點隨著析冰濃度增大而降低，隨即在此負溫條件下達到冰液共存狀態(tài)，也就是新的動態(tài)平衡。此時，混凝土中的液態(tài)水可以保證水泥繼續(xù)進行水化，防凍劑濃度不變，液相濃度也不變，冰融化產(chǎn)生的水補充水泥水化需要的水，這也就是液灰比平衡。

（４）成熟度理論

溫度對水泥水化的影響極其顯著，配合比一定的混凝土，隨著養(yǎng)護溫度的降低，水泥水化速率變慢，混凝土強度的增長速率逐漸降低。因此，混凝土強度的發(fā)展不僅僅是養(yǎng)護時間有關，也與養(yǎng)護溫度有很大的關系。比如20℃時成熟度系數(shù)為1，而在-10℃時成熟度系數(shù)僅僅只有0.12。在冬期混凝土施工驗收時的混凝土成熟度按600℃·d計算，并規(guī)定不超過60d，對于很多不采取保溫措施的工程，即使超過60d依然難以達到規(guī)定600℃·d的成熟度，回彈檢測時常常強度偏低。