Строительные материалы статьи

Морозостойкость строительных материалов при разных температурах замораживания

Морозостойкость строительных ма­териалов необходимо учитывать при строительстве здании и сооружений, та, к как природные условия нашей страны характеризуются наличием климатиче­ских зон с различными максимальными отрицательными температурами. Дей­ствующие нормативные документы-. ГОСТ 10060—7(5, ГОСТ 12852.4—77, ГОСТ 7025.—78 предусматривают опре­деление морозостойкости строительных материалов (МРЗ) при охлаждении до •одной (—20°С) температуры н лишь в ряде случаев — до двух температур (—20°С н —50СС). Вместе с тем, час­то .бывает необходимо знать морозо­стойкость материала при различных максимальных температурах заморажи­вания.

Прямое измерение морозостойкости материалов в циклах требует специ­ального оборудования и больших за­трат времени (до нескольких месяцев), чго не позволяет эффективно управлять технологическим процессом изготовле­ния строительных материалов с задан­ной М Ор ОЗОСТО И К ОС ГЬЮ-

Авторамн статьи. разработан способ определения морозостойкости бетона и других строительных материалов при разных температурах замораживания. Теоретической основой предлагаемого способа определения МРЗ служат сле­дующие положения. Согласно совре - мешным представлениям, причиной раз­рушения 'бетона, например, является расширение воды, содержащейся в по­рах, при ее замерзании. Стойкость же бетона обусловливается наличием ре­зервных пор, механической прочностью мнкрообъемов материала и другими факторами [I].

Количество замерзшей воды и соот­ветственно степень ее расширения раз­личны при разных температурах, тогда как наличие резервных пор, прочность твердого скелета и другие параметры твердой фазы у того или иного мате­риала почт, и не зависят от температу­ры. Поэтому можно ожидать, что мо­розостойкость материала, выраженная числом циклон, при изменении мак-

Симальной температуры замораживания Должна быть обратно пропорциональна Объему замерзшей воды в материале При этой максимальной температуре, ^то предположение непосредственно Вытекает из теории морозостойкости на Основе резервных пор, но оно не про - тиворечит и другим известным теори­ям [2—5]. Сказанное позволяет записать Соотношение:

МРЗ (T.j) — МРЗ (Г,) j, (1)

Где - объем замерзшей воды при

Заданной максимальной температуре Замораживания.

Количество воды, замерзшей при раз­ных температурах, однозначно опреде­ляется термодинамическими характери­стиками связи ее в материале. Необ­ходимые для вычисления V(Ti) да - Ные проще всего рассчитать по изо­терме или изобаре адсорбции. паров во­ды [6]. Измерение изотер, м или изобар адсорбции по ГОСТ 12852.6- 77, ГОСТ <!4816—81 или поданным литературы [6] Не представляют больших трудностей. Изотерма учитывает понижение темпера­туры замерзания воды как за счет кривиз­ны мениска воды в порах, так и за счет Растворенных электролитов [6]. Поэ­тому нет необходимости учитывать на­личие электролитов в материале. Кро­ме того, изотерму или изобару адсорб­ции можмо измерять при любой тем­пературе, например, при комнатной, Поскольку химический потенциал СВЯ­ЗИ воды, определяющий понижение Температуры замерзания, практически «е зависит от температуры, при кото­рой измеряется изотерма адсорбции. Авторы пользуются для расчетов фор­мулой К. Г. Красильникова [7]:

Гав1=115(1-Ф). (2)

Объем замерзшей воды растет е 'Ростом отрицательной температуры, хо­тя и монотонно, но. резко нелинейно, так как сама изотерма адсорбции, как »ранило, нелинейна. Поэтому нзмене-

11не морозостойкости в разных темпе­ратурных интервалах может быть су-

Щественно различным. Поскольку из терма, как правило, задана графичед (измеряется в эксперименте), то з-ай сать формулу для расчета МРЗ п; разных температурах в общем виде-1 представляется возможным. Расчет прі ходится вести, либо последователи определяя количество замерзшей вод и МРЗ, либо пользуясь заранее подТо топлемными «омограммами. ^

Экспериментальная проверка преда гаемого способа проведена на образ цах керамзитобетона на портландщ менте М 400 плотностью от 1450 1960 кг/м3 в виде кубов ЮХЮХЮ^ и на образцах кирпича глиняного общ новенного М75 стандартных размере (25X12X7 см). ‘ |

Определяли МРЗ по ГОСТ і0060-41 т. е. устанавливали число циклов пик ременного заморажизанпя и отташ

И, ия, которое выдерживают образцы бе снижения прочности при сжатии (ш 15% по сравнению с прочностью & Разцюв, испытанных в эквиваленты; возрасте. Эксперименты проводили щ различных температурах заморажик ния: от —5 до -40-С. Сорбшмжм характеристики (изобары адсорб® паров воды) определяли по методу с гласно литературным данным [6] и ДЗ контроля — по ГОСТ і2852.6—77 и Г0С 24816—81 (для отдельных образцов Совпадение сорбционных данных, Поя Ченных по обоим методам, оказалось пределах погрешности опытов. ^ Изобары адсорбции паров воды | всех образцов показаны на рис. , 1,- значения МРЗ з табл. I и 2.

Рассчитывали МРЗ до такой схеІЕ Вначале определяли количество во# замерзающей в образце при задан» температуре, Г;,ач. Это количество В0> находили как разность между пол» сорбционной влагоеу. костью Пт И Р* новеснон влажностью материала (У и! Изобаре адсорбции при соответстї юшей ТЗам, ПО формуле (2). Затем;! формуле (1) вычисляли значения при разных температурах заморажЯ ния, выбирая в качестве базовой то® МРЗ при —20°С, т. е. МРЗ но ГО£

10060—76. Расчет нройоДИЛи для каж­дою из пяти образцов-блнзнецов одно-

■ о материала.

Сравнение экспериментальных и теоре - .пческих значений МРЗ различных ма - - риалов, а также керамзитобетопон

1. ютностью 1650 кг/.м3 при разных тем-

1. натурах приведено в табл. 1 и 2. Дан - -:ис таблиц подтверждают пригодность предлагаемого способа расчета МРЗ 1 , гроительных материалов при разных,: мнературах их замораживания и соот - ш-тственно справедливость положенной в. инову расчета модели.

Значения МРЗ, найденные прямыми тмерениями и путем расчета, различа - иI!■ ■ я для каждого образца не более, чем. слученные п эксперименте значения МРЗ для каждого нз пяти образцов - П. шзнгцов одного типа. Показатели мо­розостойкости строительных материалов, эксплуатируемых при —20 и —10СС, шачитслыю отличаются друг от друга, чрнчем, у разных образцов эта разница " неодинакова. Болес того, даже у образ - ц.:п керамзитобстона № 6 и 7, имеющих пдинаковую плотность (см. табл. 1 № изразцов № 6 и 7) и почти сходную

МРЗ при —2(ГС, показатели МРЗ при

10°С существенно различаются. Это 1 обстоятельство подтверждает, что пря­мое прогнозирование МРЗ по аналогии <■ аодобны. им материалами без привле - 1 ■" мня дополнительных физических пред - . ! тлений приводит к существенным

^ • :и6цам.

5 Данные табл. 2 показывают, что пред-

, ...маемый способ расчета справедлив и

К.! 1я результатов, полученных при тем - ь ратурах от 0 до —40°С. По-видимому,

? но относится и к температурному ии-

2 п-риалу, в котором действует один и тот ;; *• механизм морозного разрушения, что С и 1!пн температуре —20°С. Величину,8 ■: :о интервала можно ориентировочно Л. иничнть пределами от 0 до —50°С.

, Полученные результаты позволяют

Сделать еще один важный в практиче - л: гк - м отношении вывод. Вид зависимо - «чи МРЗ материала от температуры

(ф“!>ма кривой) определяется почти пол - ;,,|«'!ыо термодинамикой связи воды в ' -'Нпллярпо-пористом материале. Эту тер­модинамику в предлагаемом варианте методики отражает экспериментально

11 “меренная изобара или изотерма ад-

' "рбции паров воды. Величина же мо - I 1’О-остойкостн определяется как термо-

■ “Чнамикой связи воды, так и механиче-

■

1 ■»ими и другими характеристиками ма-

I 1 гнала. Зная величину МРЗ при одной [• к-1Кой-либо температуре, например, при

- ' -"’С, н выбрав эту МРЗ в качестве ^ г’-'1 >вой точки, легко рассчитать МРЗ при

•'“'бон другой температуре. Примеры

Таких расчетов для исследованных ма - терналов показаны на рис. 2, причем, для образца № 4 (см. табл. I) показан также коридор ошнбок в соответствии с разбросом данных по образцам-близне - цам. На рис. 2 видна также разная за­висимость МРЗ от температуры у раз­личных образцов, например у образцов

9 и 10. На основе данных проведенных исследований можно решать две задачи.

■ Во-первых, — рассчитывать МРЗ бе­тонов н других строительных материа­лов при любой температуре, используя измерения при —20°С или, еще лучше, при —10°С. Такой расчет позволяет су­щественно экономить время и затраты по сравнению с таковыми при прямом эксперименте, особенно для случаев, когда нужно знать МРЗ при небольших отрицательных температурах. В то же время такой расчет позволяет получать надежные данные, чего не дает прогно­зирование МРЗ, не основанное на базо - пом эксперименте.

Например, предлагаемый способ дает возможность определить МРЗ ускорен­ным методом, что особенно важно для легких бетонов, для которых в ГОСТе 7025—78 таких методов измерения не предусматривается. Так, при обычной скорости измерения МРЗ в два цикла за рабочий день ускоренный метод по­зволяет получить для керамзитобстона № 4 (см. табл. 1) результат для тем­пературы —5°С с использованием базо­вой экспериментальной точки —40°С за 13 рабочих дней (а с использованием ба­зовой точки —20°С — за 20 дней) вме­сто 4] рабочего дня при прямом изме­рении. Для более морозостойких бето­нов эта разница будет еше больше.

Во-вторых, анализ зависимости МРЗ от температуры позволяет выявить об­ласти температур, где МРЗ изменяется наиболее сильно, и сдвигать, при необ­ходимости, эти области в сторону более низких или более высоких температур за счет корректирования состава н тех­нологии производства строительных ма­териалов и конструкций.

В целом предлагаемый эксперимен­тально-аналитический способ оценки МРЗ строительных материалов при раз­ных температурах замораживания по­
зволяет получить значительно более пол­ную информацию и попедении ма поп­ала па Моро.«*, ч« м иредусмиф'чю су­ществующими меюдиклмн. >(рн неболь­ших затратах времени. Эта дополни­тельная информация нужна как для управления технологией создания дол­говечных строительных материалов с заданными значениями МРЗ, Так и для выбора оптимальных, условий примене­ния существующих материалов в раз­ных клнма прич'кнх зимах и «пи ей сIраны.