38. Морозостойкость строительных материалов и ее определение

Со временем эксплуатации строительные изделия стареют, и происходит их разрушение. Его природа связана во многом с пористостью материалов, а основной механизм разрушения материалов связан с водой, которая попадает в поры материалов и расширяется при замерзании, что приводит к увеличению объема материала. При последующем оттаивании объем материала уменьшается. Подобное попеременное замерзание и оттаивание эквивалентно воздействию многократной нагрузки, вызывающей усталость и разрушение материала. Одной из важных характеристик таких материалов, как бетон, керамические материалы и минеральные ваты явля­ется их морозостойкость.

Морозостойкость - способность материала сохранять структуру и свойства при многократном изменении температуры окружающей среды. При разрушении ма­териалов меняется их вид, происходят изменения массы и прочности. Поэтому, анализируя эти характеристики, можно сделать заключение о морозостойкости материалов. Для контроля морозостойкости по степени повреждений или по потере массы отбирают не менее пяти образцов. Для контроля морозостойкости по потере прочности отбирают не менее 20 образцов, половину из которых используют в качестве контрольных. Контрольные образцы помещают в специальную ванну с водой, обладающей гидравлическим затвором.

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 испытаний образцы не должны иметь видимых повреждений, а потеря массы не должна превышать 5%.

Требуемая марка по морозостойкости устанавливается проектом с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата. Легкие бетоны и кирпич имеют обычно морозостойкость 15,25,35. Тяжелый бетон должен иметь марку 50, 100,200, а гидротехнический бетон – 500.

Испытания морозостойкости проводят в лаборатории на образцах установленной формы и размеров. Перед испытанием образцы насыщают водой, затем их замораживают в холодильной камере при Т от -15С до -20С, чтобы замерзла вода в тонких порах. Извлеченные из камеры образцы оттаивают в воде с температурой 15–20С, что обеспечивает водонасыщенное состояния образцов. Затем их подвергают испытаниям и вновь помещают в морозильную камеру. Для оценки морозостойкости все шире применяется импульсный ультразвуковой метод. Типичная кривая изменения прочности бетона при попеременном замораживании и оттаивании, полученная при помощи данного метода, приведена на рисунке.

39. Определение прочности строительных материалов

Прочностью материала назывaют его способность сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих под влиянием внешней нагрузки. В строительных конструкциях материал испытывает различные внутренние напряжения – сжатие, растяжение, изгиб, поэтому прочность материалов обычно характеризуют величиной предела прочности при сжатии, растяжении и изгибе. Численно предел прочности равен напряжению, соответствующему нагрузке, вызывающей разрушение образца материала. Прочность каменных материалов характеризуется главным образом пределом прочности при сжатии Р_с(МПа), который равен разрушающей силе, приходящейся на единицу площади образца S в момент его разрушения R_сж = P/S, где Р - разрушающая нагрузка (Н), S - площадь в мм². Величину R_сж можно определять разрушающими и неразрушающими методами. В разрушающих методах для создания нагрузки чаще всего используют гидравлические прессы. Форма и размеры образцов, а также условия опытов по определению предела прочности материалов указываются в ГОСТах.

Рассмотрим примеры определения прочности некоторых материалов.

Кирпич. Отобранные для нахождения R_сж образцы распиливают на две равные половинки, которые склеивают цементным тестом (толщина слоя 5 мм). Кроме того, слои цементного теста толщиной 3 мм наносят на внешние поверхности образца. Образцы для испытания выдерживают 3-4 суток во влажных условиях для затвердения цементного теста. Образец устанавливают на нижнюю опору пресса, затем опускают на него верхнюю опору и плавно увеличивают давление, доводя образец до разрушения. Значение разрушающего усилия фиксируют по показанию стрелки силоизмерителя.

Предел прочности при изгибе R_из определяют путем испытания на прессе целого кирпича. Схема испытаний выглядит следующим образом.

Величину R_из (МПа) вычисляют по формуле

где Р - разрушающая нагрузка (Н), b - ширина кирпича, мм, h - его высота, мм.

Бетон. Для испытаний готовят образцы кубов размеров 100х100х100 мм или 150х150х150 мм, которые выдерживают во влажной атмосфере до 28 суток. Определение предела прочности на сжатие проводят так же, как и для кирпича. На основании проведенных испытаний определяют марку кирпича и бетона по формуле М = 10 R_сж. Для кирпича М изменяется от 75 до 300, а для бетона от 100 до 800.

По такой же схеме определяется марка цемента. Для этого из пластичного раствора на основе цемента и песка в соотношении 1:3 готовят специальные балочки, для которых после затвердевания определяют пределы прочности на растяжение, а затем на сжатие. Для портландцемента действующим стандартом предусмотрены марки от 400 до 600.