Otpornost građevinskog materijala na mraz pokazuje kako je određeni uzorak u stanju zadržati svoja svojstva nakon nekoliko uzastopnih ciklusa smrzavanja i odmrzavanja. U slučaju betona, glavni uzrok njegovog uništenja tijekom ovih procesa je voda u čvrstom stanju, koja vrši značajan pritisak na stijenke mikropukotina i pora materijala.
Zauzvrat, visoka tvrdoća betona ne dopušta vodu da se slobodno širi, stoga se stvaraju velika naprezanja tijekom ispitivanja otpornosti betona na smrzavanje. Uništavanje počinje od izbočenih dijelova, a zatim se nastavlja u gornjim slojevima i konačno prodire duboko.
Faktor koji ubrzava razaranje betona je i različit koeficijent toplinskog širenja elemenata koji čine građevinski materijal. To stvara dodatnu napetost.
Otpornost betona na smrzavanje mjeri se metodama koje kontroliraju postupke smrzavanja i odmrzavanja. Pokazatelji proučavanog parametra ovise o sljedećim čimbenicima: temperaturi smrzavanja, trajanju ciklusa, dimenzijama proučavanog uzorka, načinu zasićenja vodom. Na primjer, proces uništavanja betonaje brže ako se zamrzavanje provodi na najnižim mogućim temperaturama u otopinama soli.
Otpornost betona na smrzavanje se izračunava sve dok određeni broj ponovljenih ciklusa ne smanji masu uzorka za 5 posto i smanji njegovu čvrstoću za 25 posto. Broj postupaka koje je građevinski materijal izdržao određuje njegovu marku. Stupanj otpornosti na mraz također se dodjeljuje ovisno o području u kojem će se ovaj beton koristiti.
Beton otporan na mraz ima posebnu strukturu. Priroda njegove poroznosti ne dopušta da volumen leda stvara preveliki pritisak i usporava proces uništenja.
Otpornost betona na smrzavanje ovisi samo o broju makropora, jer se voda u malim porama ne smrzava ni na najnižim mogućim temperaturama, pa ne stvara dodatno opterećenje. Dakle, priroda, oblik i volumen velikih pora imaju veliki utjecaj.
Otpornost betona na smrzavanje može se poboljšati na sljedeće načine:
- Smanjenje velikih pora povećanjem gustoće betona.
- Stvaranje dodatnih zračnih pora u betonu uvođenjem određenih aditiva. Ako je volumen takvih pora četvrtina volumena smrznute vode, tada se neće ispuniti u procesu običnog zasićenja vodom. U tom slučaju, nezamrznuta voda istisnuta ledom će prodrijeti u slobodni prostor, a zatim će pritisak oslabiti.
Unutarnji volumen zraka u betonu otpornom na mraztrebao bi biti između četiri i šest posto. Količina zraka ne ovisi samo o potrošnji cementa i vode, već i o krupnom agregatu. Volumen zraka u unutarnjim porama betona povećava se kada se povećava potrošnja vode i cementa, a veličina frakcija agregata, naprotiv, smanjuje.
