1.2.2.3 Водостойкость материалов

Водостойкость – способность материала не размягчаться при насыщении водой. К основным факторам, влияющим на водостойкость материалов, следует отнести растворимость в воде веществ, составляющих материал, и расклинивающее действие дипольных молекул воды. Под воздействием влаги прочность некоторых материалов может уменьшиться, а объем увеличиться, так как материал набухает.

Мерой водостойкости является коэффициент размягчения:

, (1.11)

где R_сж.н.- предел прочности при сжатии материала в насыщенном

водой состоянии, кгс/см², МПа;

R_{сж. сух.}- предел прочности при сжатии материала в сухом состоянии,

кгс/см², МПа.

По величине коэффициента размягчения судят о возможности использования материала во влажной среде и в воде. Материал считается пригодным для работы в этих условиях, если он при увлажнении теряет не боле 20 % своей первоначальной прочности, т.е. К_р ≥ 0,8.

1.2.2.4 Методы определения морозостойкости

Под морозостойкостью понимают свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания при -17⁰ С и оттаивания при +20⁰ С в воде, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности при сжатии более 15 %; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений – трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5 %). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды. Сущность явления состоит в том, что вода, замерзая в открытых порах, увеличивается в объеме на 9,2 %, создавая растягивающие напряжения на стенках пор, значительно превышающие предел прочности при растяжении самого материала.

Приближенно о морозостойкости материала можно судить по коэффициенту морозостойкости:

, (1.12)

где W₀ – водопоглощение по объему, %;

W_н – водонасыщение по объему, %.

Принято считать морозостойкими те материалы, коэффициент морозостойкости которых менее 0,8, т.е. когда водой заполняется не более 80

% объема открытых пор.

Кроме базового метода определения морозостойкости, существуют ускоренные методы, когда один цикл ускоренного приравнивается к пяти циклам базового. Это солевой и сульфатный методы. Солевой заключается в том, что образцы насыщают 5 процентным раствором NaCl, а затем замораживают. Сущность сульфатного метода состоит в том, что образцы насыщают 5 процентным раствором Na₂SO₄ и затем высушивают в сушильном шкафу при 105°C. В процессе высушивания из раствора выкристаллизовываются кристаллы, рост которых вызывает внутренние напряжения на стенках пор, значительно превышающие напряжения, возникающие при замерзании воды в порах.

1.2.3 Испытание материала на прочность

Прочность - это способность материала сопротивляться, не разрушаясь, под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (неравномерным нагреванием, деформацией усадки и т.д.). Мерой прочности является предел прочности R, численно равный напряжению в материале при данном виде деформации в момент его разрушения.

Напряжением называется часть действующей силы, приходящейся на единицу площади поперечного сечения образца или конструкции. В конструкциях материал может подвергаться различным внешним механическим воздействиям – сжимающим, растягивающим, изгибающим, срезающим, скручивающим. Соответственно различают и виды прочности: на сжатие R_сж, растяжение R_р, изгиб R_изг, срез R_ср, кручение R_к. Для каменных материалов основным видом прочности является сжатие. Предел прочности при сжатии R_сж, МПа (кгс/см²), вычисляют по формуле

, (1.13)

где: P – разрушающая нагрузка, кг;

S – площадь поперечного сечения при сжатии, МПа;

R_сж – предел прочности при сжатии, МПа.

Примечание: 1 кгс/см²=0,1 МПа.

Обычным методом определения прочности является метод испытания разрушающей нагрузкой. Для разрушения образцов при испытании применяют гидравлический пресс, схема которого приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 1.7 – Схема гидравлического пресса:

1 – насос; 2 – манометр; 3 – поршень; 4 – плита; 5 – образец

Величина предела прочности материала является относительной характеристикой, так как зависит не только от свойств самого материала, но и от размеров образцов, их формы и скорости приложения нагрузки, которая установлена не более 0,5 – 1 МПа (5 -10 кг/см²) в секунду. Поэтому форма и размер образцов должны отвечать требованиям соответствующего ГОСТа.

Если по тем или иным причинам испытание произведено на образцах, нестандартных по форме или размерам, то полученные результаты корректируются умножением на соответствующий коэффициент: понижающий, если образец был меньше предусмотренного стандартом, и повышающий если он был больше. Для каменных материалов обычно используются образцы в виде кубов, реже – цилиндров, у которых высота равна диаметру. Поправочные коэффициенты на размер образцов из бетона приведены в таблице 1.1.

Полученные на первом занятии образцы (кубики или цилиндры), оставленные на хранение в сухом состоянии, измеряют с точностью до 0,1 мм. Затем образец устанавливают на прессе измеренной гранью кверху, после чего производят его испытание.

Поправочные коэффициенты Таблица 1.1

Размер ребра куба, см.	Масштабный коэффициент
7 10 15 20 30	0,85 0,95 1,00 1,05 1,1

Прочностные показатели материала необходимы для расчета несущей способности бетонных, железобетонных и ограждающих конструкций.