10) Морозостойкость мате­риалов. Способы определения. Факторы, влияющие на морозостойкость.

Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозо­стойкость материала количественно оценивается циклами и соответ­ственно маркой по морозостойкости. За марку материала по морозо­стойкости принимают наибольшее число циклов попеременного за­мораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материа­ла без снижения прочности на сжатие более 15%; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений-трещин, выкраши­вания (потери массы — не более 5%). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвер­гающихся действию атмосферных факторов и воды.

Марка по морозостойкости устанавливается проектом 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.

Легкие бетоны, кирпич, керамические камни для наружных стен зданий обычно имеют морозостойкость 15, 25, 35. Однако бетон, применяемый в строительстве мостов и дорог, должен иметь марку 50, 100, 200, а гидротехнический бетон — 500.

Рассмотрим причины разрушения пористого материала под влиянием совместного действия на него воды и мороза. Для примера возьмем материал, находящийся в ограждающей конструкции, — бетон. Осенью наружная часть стены промерзает. В это время про­исходит миграция — перемещение пара «от тепла к холоду», т.е. пар стремится наружу, поскольку его давление при отрицательной тем­пературе ниже, чем при положительной. Например, давление пара при +20 °С составляет 2,33 кПа, а при -10 °С оно равно только 0,27 кПа. Стремясь выйти наружу, водяной пар попадает в зону низ­ких температур и конденсируется в порах возле наружной грани сте­ны. Таким образом, поры наружной промерзающей части стены об­водняются (рис. 1.6), причем вода прибывает сюда как снаружи (дождь с ветром), так и изнутри (миграция водя­ного пара). При наступле­нии даже небольших мо­розов (от -5 до -8°С) вода в крупных порах замерза­ет и при переходе увели­чивается в объеме на 9% (плотность льда 0,918). Если коэффициент насы­щения водой хотя бы час­ти пор приблизится к 1, то в стенках пор возникнут большие растягивающие напряжения. Разрушение начинается в виде «ше­лушения» поверхности бетона, затем оно распространяется вглубь.

Рис. 1.6. Распределение температуры в наружной стене здания (а) и заполнение поры водой (б), выделенной вблизи фасадной грани:

1 — адсорбированная вода; 2 — устье по­ры; 3 — дождевая вода; 4 — конденсат

Испытание морозостойкости материала в лаборатории проводят на образцах установленной формы и размеров (бетонные кубы, кир­пич и т.п.). Перед испытанием образцы насыщают водой. После это­го водонасыщенные образ­цы замораживают в холо­дильной камере при темпе­ратуре от -15 °С до -20 °С, чтобы за мерзла вода в тон­ких порах. Извлеченные из холодильной камеры образ­цы оттаивают в воде темпе­ратурой 15-20 °С, что обес­печивает водонасыщенное состояние образцов.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения.

Вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме почти на 10 %. В результате стенки некоторых пор разрушаются и при повторном увлажнении вода проникает глубже в материал. Такие циклически повторяющиеся замораживания и оттаивания с увлажнением постепенно разрушают материал.

Морозостойкость материала зависит от его пористости и водопоглощения.

Плотные материалы (без пор), а также материалы с замкнутыми порами, т. е. с небольшим водопоглощением, обладают высокой морозостойкостью. Материалы с открытой пористостью обладают, как правило, невысокой морозостойкостью, и требуются обязательные лабораторные испытания для ее оценки.

Морозостойкость материала характеризуется числом циклов замораживания (при температуре не выше — 18° С) и оттаивания (в воде), которое он выдерживает без снижения прочности и потери массы или появления внешних повреждений, указанных в ГОСТе на соответствующий материал. Так, для бетона допускается потеря прочности не более 5 %, а для растворов не более 25 % от первоначальных значений этих величин.

По морозостойкости материалы подразделяют на марки: 15; 25; 35; 50; 100 и т. д. Например, марка по морозостойкости кирпича F15 означает, что образцы, отобранные от партии кирпича, выдерживают не менее 15 циклов «замораживания — оттаивания» без появления внешних повреждений (отколов, шелушения поверхности и т. п.).