Betonun don etkisi altındaki davranışı

Betonun don seviyesindeki düşük derecelerde (-1 °C veya -4 °C) yeteri kadar bırakılması sonucunda beton boşluklarında bulunan su donar ve %9 oranında hacim genleşmesi meydana gelir. Bunun sonucu beton çatlar. İçleri tam olarak su ile dolu olmayan boşluklarda don etkisi ile parçalanma daha azdır. Çünkü boşluklar içinde oluşan genleşmek için yer bulur. Bu nedenle eğer betonun su ile doygunluk derecesi %80 den az ise, parçalanma meydana gelmez. Ancak donma hızının yüksek olması halinde bu durumda da parçalanma görülebilir. Betonun çatlaması ancak belli büyüklükteki boşluklardaki buzlanma ile gerçekleşebilir. Yaklaşık olarak 0,1 mm den daha küçük boşluklarda oluşan buzlanma betonu çatlatamaz. Beton içinde bulunan 0,1 mm”den daha küçük boşluklar betonun don etkisine dayanıklılığını azaltıcı rol oynadığından beton karışımı içine az miktarda hava katkı maddesi katılmak suretiyle boşluk çapları düşürülür. Normal olarak, beton içine verilen %5 miktarındaki hava katkısı, 1 m³ beton içinde bulunan boşluk sayısı 24.000’e çıkabilir. Don olayı gerçekleşen betonlarda dayanım %50 seviyelerinde düşüşe sahne olabilir.

Suyun donması ile hacimsel genleşme meydana geldiği gibi, ayrıca gözenekler arasında ozmotik basınçta söz konusu olabilir. Beton boşlukları içinde bulunan su, saf su değildir. Bu su içine başta kalsiyum hidroksit ve alkali klorürleri olmak üzere çeşitli tuzlar çözünmüş halde bulunur. Bilindiği gibi çözeltilerin donma noktası saf sudan daha düşüktür. Donma ile birlikte saf buz kristalleri oluşur ve geriye kalan çözeltinin konsantrasyonu artar. Böylece kapiler boşlukları arasında farklı tuz konsantrasyonları ve bunun sonucu olarak ozmotik basınç meydana gelir. Su küçük kapiler boşluklardan daha büyük olanlara doğru hareket eder. Böylece büyük çaplı boşluklar içindeki su donduğu halde, kapiler boşluklar içindeki su çok düşük derecelerde bile sıvı halde kalır.

Betonun don dayanımı ve boşluk oranı

Beton boşlukları büyük ölçüde su/çimento oranı ile ilgilidir. Su/çimento oranı arttıkça boşluk yüzdesinde de artış olur. Diğer taraftan büyük boşluklar içinde bulunan suyun donma noktası, kapiler boşluklar içinde bulunan suyun donma noktasından daha yüksektir. Dolayısıyla büyük boşluklar içinde bulunan su daha çabuk donar. Belli bir su/çimento oranında beton ısıl derecesi düştükçe boşluklar içinde oluşan buz kütlesinde artış olmaktadır. Ancak aynı derecede donan su kütlesi, su/çimento oranı düşük olan betonlarda daha azdır. Donan su kütlesi beton yaşına da bağlıdır. Erken yaşlarda soğuk etkisinde kalan betonlarda donan su kütlesi daha fazladır. Su/Çimento oranı dışında betonun dona dayanıklılığını etkileyen başlıca faktörler; Betonun biçimi ve yüzey/kütle oranı, Beton boşluklarının boyutu, sayısı ve sürekliliği, Betonun su ile doygunluk derecesi (donabilen serbest su yüzdesi), Soğuma hızı (sıcaklık düşüş hızı), Betonun donma sırasındaki mekanik mukavemeti olarak sıralanabilir.