11. Морозостойкость. Способность материала противостоять разрушению при циклическом замораживании.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Основная причина разрушения материала под действием низких температур — расширение воды, заполняющей поры материала, при замерзании. Морозостойкость зависит главным образом от структуры материала: чем выше относительный объём пор, доступных для проникновения воды, тем ниже морозостойкость.

Морозостойкость — один из важнейших показателей качества бетона, кирпича и других строительных материалов, обеспечение которых особенно важно для России в связи с ее географическим положением и климатическими условиями. Сотни тысяч конструкций из различных строительных материалов находятся на открытом воздухе, увлажняются при действии природных факторов, подвергаются многократному замораживанию и оттаиванию. Конструкции из неморозостойкого материала со временем теряют несущую способность, подвергаются поверхностному износу и получают различного рода повреждения.

Почему повсеместно встречаются морозные повреждения деталей строений, почему крошатся и рассыпаются на второй или третий год бордюры и асфальт на дорогах, бетонные ступени, балконные плиты, брусчатка тротуаров, кирпич и другие конструкции и материалы? Причиной преждевременного разрушения изделий является их низкая морозостойкость или, говоря техническим языком, несоответствие марки по морозостойкости требованиям нормативных документов. Маркой по морозостойкости является количество циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенных водой образцов без нарушений целостности и изменения прочности. Кирпич и бетон по-хорошему должны без видимых разрушений служить не менее 100 лет.

Изделия с недостаточной морозостойкостью появляются при нарушении изготовителем регламента и технологии изготовления и отсутствии текущего контроля морозостойкости.

Например, для бетона обеспеченной морозостойкости решающими факторами кроме расхода цемента являются: водоцементное отношение, вид цемента, условия твердения бетона, наличие воздухововлекающих добавок и др.

В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств называется морозостойкостью. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например бетоны, маркируются по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно замораживание образцов, насыщенных водой, производится в специальных морозильных камерах, а оттаивание организуется в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200 ... 300 циклов и более. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость, или сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения.