Известно, что процессы гидратации и твердения цементных композиций замедляются с понижением температуры. Отрицательные температуры практически не оказывают влияния на продукты гидратации силикатных минералов, однако они существенно влияют на размеры кристаллов и скорость их образования. Алюмйнийсодержащие фазы цемента
при пониженных положительных и отрицательных температурах гидратируются до гексогональных гидроалюминатов кальция (С4АН13 и С4АН19) и
кубических С3АН6.
Следует отметить, что при температурах даже ниже –15…20 °С процессы гидратации портландцемента не прекращаются, хотя и не оказывают заметного влияния на формирование структуры и рост прочности бетона.
Продолжающаяся гидратация цемента объясняется физическим состоянием воды в структуре цементного камня.
В обычных условиях вода без примесей замерзает при 0 °С. Однако при температуре близкой к 0 °С, вследствие продолжающейся реакции гидратации и выделения тепла, положительная температура (в зависимости от массивности конструкции) может сохраняться в течение длительного времени. Переход воды в твердое состояние, как правило, происходит при температуре ниже 0 °С вследствие того, что в жидкой фазе цемента содержатся растворенные соли натрия, калия и магния, понижающие температуру ее замерзания.

Часть воды в бетоне, как, впрочем, и в других пористых материалах, даже при очень низких температурах может находиться в жидком состоянии. Это объясняется физической адсорбцией воды на поверхности твердого тела.
Силы электростатического притяжения действуют на весьма малых расстояниях от поверхности частиц. В мономолекулярном слое воды силы поверхностного притяжения огромны, вода в нем по своим свойствам приближается к твердому телу. В последующих слоях влияние этих сил ослабевает, и свойства адсорбированной воды по мере удаления от поверхности частиц приближаются к свойствам обычной воды. Из этого следует, что температура замерзания воды в порах цементного камня, различающихся по диаметрам, также будет различной. В крупных порах, в которых
находится небольшое количество свободной воды, она замерзает при 0 °С.
По мере уменьшения размеров пор все большая часть воды, находящаяся в них, будет адсорбирована. Следовательно, по мере уменьшения размеров пор температура замерзания воды в них будет понижаться. Однако снижение температуры замерзания воды в пористых материалах меньше, чем в отдельных капиллярах. Это, очевидно, связано с тем, что энергия водородных связей воды со льдом больше, чем с минералами цемента, и кристаллизирующийся в крупных порах лед ускоряет замерзание воды в более мелких порах.