Под морозостойкостью бетона понимают его способность в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание. Основной причиной, вызывающие разрушение бетона в этих условиях, является давление на стенки пор и устья микротрещин, создаваемое замерзающей водой. При замерзании вода увеличивается в объеме более чем на 9%. Расширению воды препятствует твердый скелет бетона, в котором могут возникать очень высокие напряжения. Повторяемость замерзания и оттаивания приводит к постепенному разупрочнению структуры бетона и его разрешению. Сначала начинают рушится выступающие грани, затем поверхностные слои и постепенно разрушение распространяется в глубь бетона. Некоторое влияние будут оказывать и напряжения, вызываемые различием в коэффициентах температурного расширения составляющих бетона и температурно-влажностным градиентом.

Для определения морозостойкости бетона применяют метод попеременного замораживания и оттаивания. Методика испытаний, в частности температура замораживания, условия водонасыщения и размеры образца, продолжительность цикла, оказывает заметное влияние на показатели морозостойкости бетона. С понижением температуры замерзания, а особенно при замораживании в воде или в растворах солей, бетон разрушается быстрее.

Критерием морозостойкости бетона является количество циклов, при котором потеря в массе образца менее 5%, а его прочность снижается не более чем на 25%. Это количество циклов определяет марку бетона по морозостойкости: для тяжелого бетона F50… F500, которая назначается в зависимости от условий эксплуатации конструкции.

Морозостойкость бетона зависит от его строения, особенно от характера пористости, так как последний будет определять объем и распределение льда, образующегося в теле бетона при отрицательных температурах, и следовательно, значение возникающих и интенсивность протекания процесса ослабления структуры бетона.

В микропорах бетона размером 10 (-5) см обычно содержится связанная вода, которая не переход в лед даже при очень низких температурах (до -70С), поэтому микропоры не оказывают заметного влияния на морозостойкость бетона. Последняя главным образом зависит объема макропор в бетоне и от их строения.

Существует два различных способа повышения морозостойкости бетона:

1. Повышение плотности бетона, уменьшение объема макропор и их проницаемости для воды, например за счет снижения В/Ц, применения добавок, гидрофобизирующих стенки пор или кольматации пор пропиткой специальными составами;
2. Создание в бетоне с помощью специальных воздухововлекающих добавок резервного объема воздушных пор ( более 20% от объема замерзающей воды), не заполняемых при обычном водонасыщении бетона, но доступных для проникания воды под давлением, возникающим при ее замерзании.

Весьма эффективным и сравнительно простым повышением морозостойкости является применение воздухововлекающих добавок. Для получения морозостойкого бетона необходима, чтобы расстояние между пузырьками воздуха, т.е. толщина прослоек между соседними воздушными порами, не превышала 0,025 см. Поэтому для надлежащего эффекта необходимо обеспечить не только определенный объем воздухововлечения, но и получение воздушных пор возможно меньшего размера, так как это позволяет уменьшить их общий объем и способствует повышению морозостойкости бетона при наименьшем снижении его прочности вследствие воздухововлечения. Обычно в бетоне с воздухововлекающими добавками удельная поверхность пор, характеризующая их размеры, состовляет 1000…2000 см2/см3, размер пор-0,005…0,1 см, а расстояние между ними не превышает 0,025 см.

Оптимальный объем вовлеченного воздуха составляет 4…6% и определяется расходом цемента, воды и крупного заполнителя. Объем увеличивается при понижении крупности заполнителя и повышении расхода цемента и воды.