Rakennusmateriaalien pakkaskestävyys osoittaa, kuinka tietty näyte pystyy säilyttämään ominaisuutensa useiden peräkkäisten pakastus- ja sulatusjaksojen jälkeen. Betonin tapauksessa pääasiallinen syy sen tuhoutumiseen näissä prosesseissa on kiinteässä tilassa oleva vesi, joka aiheuttaa merkittävää painetta materiaalin mikrohalkeamien ja huokosten seinämiin.
Betonin korkea kovuus puolestaan ei salli veden laajenemista vapaasti, joten betonin pakkaskestävyystestissä syntyy suuria jännityksiä. Tuhoaminen alkaa ulkonevista osista ja jatkuu sitten ylemmissä kerroksissa ja lopulta tunkeutuu syvälle.
Tekijä, joka nopeuttaa betonin tuhoutumista, on myös rakennusmateriaalin muodostavien elementtien erilainen lämpölaajenemiskerroin. Tämä luo lisäjännitettä.
Betonin pakkaskestävyys mitataan menetelmillä, jotka ohjaavat jäätymistä ja sulamista. Tutkitun parametrin indikaattorit riippuvat seuraavista tekijöistä: jäätymislämpötila, syklin kesto, tutkitun näytteen mitat, veden kyllästysmenetelmä. Esimerkiksi betonin tuhoamisprosession nopeampi, jos jäädytys suoritetaan matalimmissa mahdollisissa lämpötiloissa suolaliuoksissa.
Betonin pakkaskestävyys lasketaan, kunnes tietty määrä toistuvia jaksoja vähentää näytteen massaa 5 prosenttia ja sen lujuutta 25 prosenttia. Rakennusmateriaalin kestämien toimenpiteiden lukumäärä määrää sen tuotemerkin. Pakkaskestävyysaste määräytyy myös sen mukaan, millä alueella tätä betonia käytetään.
Pakkasenkestävällä betonilla on erityinen rakenne. Sen huokoisuuden luonne ei salli jäätilavuuden muodostaa liikaa painetta ja hidastaa tuhoutumisprosessia.
Betonin pakkaskestävyys riippuu vain makrohuokosten määrästä, koska pienissä huokosissa oleva vesi ei jäädy alhaisissakaan mahdollisissa lämpötiloissa, joten se ei aiheuta lisäjännitystä. Siten suurten huokosten luonteella, muodolla ja tilavuudella on suuri vaikutus.
Betonin pakkaskestävyyttä voidaan parantaa seuraavilla tavoilla:
- Suurten huokosten vähentäminen lisäämällä betonin tiheyttä.
- Lisää ilmahuokosia betoniin lisäämällä tiettyjä lisäaineita. Jos tällaisten huokosten tilavuus on neljännes jäätyneen veden tilavuudesta, sitä ei täytetä tavallisen veden kyllästymisen aikana. Tällöin jään syrjäyttämä jäätymätön vesi tihkuu vapaaseen tilaan, jolloin paine heikkenee.
Sisäinen ilmatilavuus pakkasenkestävässä betonissapitäisi olla neljästä kuuteen prosenttia. Ilman määrä ei riipu vain sementin ja veden kulutuksesta, vaan myös karkeasta kiviaineksesta. Ilman tilavuus betonin sisähuokosissa kasvaa, kun veden ja sementin kulutus kasvaa, ja kiviainesosien koko päinvastoin pienenee.
