Воздействие на бетон попеременного заморажи­вания и оттаивания по­добно многократному воз­действию повторной растягивающей нагрузки, вы­зывающей усталость ма­териала.

Для оценки морозо­стойкости все шире при­меняют физические методы контроля и прежде всего импульсный ультразвуковой метод. С его помощью можно проследить изменение проч­ности или модуля упругости бетона в процессе циклического замо­раживания и определить марку бетона по морозостой­кости в циклах замораживания и оттаивания, число которых соот­ветствует допустимому снижению прочности или модуля упругости. Марка бетона по морозостойкости устанавливается с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата. Климатические условия характеризуются среднемесячной темпера­турой наиболее холодного месяца и числом циклов попеременного замораживания и оттаивания по данным многолетних метеороло­гических наблюдений.

Конструктивно-теплоизоляционные легкие бетоны для наружных стен зданий обычно имеют морозостойкость 15, 25, 35 циклов. Однако от конструктивного легкого бетона, применяемого в строи­тельстве мостов и других открытых сооружений, может потребо­ваться более высокая морозостойкость - 50, 100 и 200 циклов. Тя­желый бетон на плотных заполнителях имеет еще более высокие марки – до F300 и F500. Морозостойкость зависит от качества вяжущего и заполнителей, а также от состава бетона.

Большое влияние оказывает характер пористости. Известно что при уменьшении объема капиллярных пор морозостойкость значительно возрастает, поэтому для морозостойких бетонов характерны невысокие значения В/Ц. Для уменьшения количества воды затворения нужно применять чистые заполнители хорошего зернового состава, исполь­зовать гидрофобно-пластифицирующие добавки и интенсивное уплотнение.

Коэффициент линейного темпера­турного расширения бетона составляет около 10x10^-6 К^-1, т. е. при увеличении температуры на 50°C расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой про­тяженности разрезают температурно-усадочными швами. Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, могут иметь различный коэффициент температурного расширения, и тогда они будут по разному деформироваться при изменении темпе­ратуры. Заполнитель должен иметь морозостойкость, соответствующую морозостойкости бетона. Необходимо еще, чтобы он хорошо срастался с цементным камнем.

Большие колебания температуры (более 80°C) могут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещи­ны распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполните­ля. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если поза­ботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициен­тами температурного расширения.

Бетоны повышенной морозостойкости имеют марки (в циклах замораживания и оттаивания): F200, F300, F400 и F500. Они предназначаются для тех частей сооружений, которые подвергаются многократному замораживанию и оттаиванию во влажном состоянии. Это - зона переменного уров­ня гидротехнических сооружений, конструкции железобетонных градирен, цементно-бетонные покрытия дорог и аэродромов и др.

Морозостойкость зависит от качества исходных материалов, состава бетона и тщательности производства работ, которые и опре­деляют структуру бетона.

Рекомендуется применять сульфатостойкий портландцемент, являющийся одновременно и морозостойким. В этом цементе содержится лишь небольшое количество трехкальциевого алюмината. В нем отсутствуют минеральные добавки (кроме гипса) также вредные с точки зрения морозостой­кости. Заполнители должны быть чистые: промытый кварцевый пе­сок, щебень из плотных изверженных горных пород с водопоглощением не более 0,5% (по массе).