Veden jäätyminen betonissa ja pakkasenkestävyys

Betonin huokosissa oleva vesi alkaa jäätyä kun  lämpötila putoaa nollan alapuolelle. Huokosvesi ei kuitenkaan jäädy heti 0 °C:n alapuolella. Jäätyminen alkaa vasta kun lämpötila on muutaman asteen nollan alapuolella ja jatkuu vähitellen lämpötilan laskiessa. Veden jäätymispiste on 0 °C, mutta tämä koskee ainoastaan puhdasta vettä, yhden ilmakehän paineessa.

Vesi jäätyy hieman alhaisemmassa lämpötilassa jos veteen on liuennut muita aineita tai jos vesi on paineen alainen. Betonissa toteutuvat molemmat ilmiöt.

Betonin huokosvesi ei ole puhdasta, vaan siinä on sementistä liuenneita suoloja ja vesi on huokosissa paineen alaisena. Tämä johtuu siitä, että huokosten pinnat imevät vettä huokosiin ja tästä aiheutuu paine, joka on sitä suurempi mitä pienempiä huokoset ovat. Betonissa suurempien huokosten sisältämä vesi jäätyy ensin ja pienempien huokosten vesi vasta matalammissa lämpötiloissa.

Jää vaurioittaa betonia sekä kylmenemisvaiheessa, (vesi laajenee 9%) että lämpenemisvaiheessa.

Lämpötilan laskiessa jääkiteet kasvavat ensin suurimpiin huokosiin, jonne siirtyy samalla vettä pienemmistä huokosista. Kasvavat jääkiteet aiheuttavat painetta joka saattaa rikkoa betonirakennetta. Kun lämpötila nousee, jää laajenee ennen sulamista, myös lämpenevä ja laajeneva jää voi vaurioittaa rakennetta.

Betonin pakkasenkestävyys varmistetaan lisäämällä massaan sekoitusvaiheessa pinta-aktiivista ainetta, joka muodostaa massaan ilmahuokosia. Jäätymätön vesi virtaa niihin kapillaarihuokosista paineen alaisena ja imeytyy takaisin kapillaarihuokosiin paineen alennuttua.

Samat ilmiöt säätelevät myös tiilen pakkasenkestävyyttä joten samalla huokostusperiaatteella varmistetaan myös tiilien ja laastien pakkasen kestävyys.