Морозостойкость

Многие строительные конструкции (стены и фундаменты зданий, устои мостов, покрытия дорог) подвергаются совместному действию влаги и знакопеременных температур, которые постепенно приводят их к разрушению. Причина разрушения – расширение (примерно на 9 %) воды при замерзании в порах материала.

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения. Испытание строительных мате­риалов на морозостойкость заключается в цикличном попеременном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии и по­следующем определении потери материалом массы и прочности. За­мораживание и последующее оттаивание образца составляет один цикл; продолжительность цикла не должна превышать 24 ч. Количе­ство циклов испытания принимают в соответствии с ГОСТом на ма­териал. Так, бетон, применяемый для сооружения стен зданий, дол­жен выдерживать 35…50 циклов, а бетон для гидротехнических со­оружений – 300 циклов и более.

Выдержавшими испытание на морозостойкость считаются те ма­териалы, которые после установленного для них ГОСТом числа цик­лов замораживания – оттаивания не имеют видимых признаков раз­рушения (не крошатся, не растрескиваются, не расслаиваются). Кро­ме того, потери прочности и массы образцов не должны превышать значений, установленных ГОСТом на данный материал. Например, для бетона потеря прочности при испытании на морозостойкость составляет не более 5 %, для кирпича и строительных растворов – не более 25 %; по­теря массы при испытании кирпича не должна превышать 5 %.

Испытывают материалы на морозостойкость на установках с хо­лодильными машинами, создающими низкие температуры за счет испарения сконденсированных (сжатых и переведенных в жидкое состояние) газов: аммиака, фреона и других хладагентов.

В фреоновой однокомпрессорной холодильной установке (рис. 4.5) жидкий фреон под давлением 0,5…0,8 МПа из ресивера 1 через дрос­сель 2 поступает в испаритель 3. Сечение труб испарителя значитель­но больше, чем сечение дросселя, в результате давление фреона в испарителе резко падает (до 0,05…0,1 МПа) и фреон, испаряясь, пе­реходит в газообразное состояние. Этот процесс происходит с погло­щением теплоты, поэтому в холодильной камере, где помещен испа­ритель, температура понижается до –16…–20 °С. Из испарителя пары фреона поступают в компрессор 4, где они вновь сжимаются до 0,5…0,8 МПа, при этом температура фреона повышается. Затем в конденсаторе 5 фреон охлаждается окружающим воздухом или водой, конденсируется при этом и в жидком виде поступает в ресивер 1.

Рис. 4.5. Схема фреоновой холодильной установки:
1 – ресивер, 2 – дроссель, 3 – испаритель, 4 – компрессор,
5 – конденсатор

Морозостойкость различных материалов определяют на целых из­делиях и образцах, специально изготовленных или высверленных из изделий. Форма и размеры образцов различных материалов оп­ределяются ГОСТами на эти материалы.

Общий порядок испытаний следующий. Образцы контрольные (их испытывают до замораживания) и основные (их подвергают замора­живанию) измеряют и взвешивают в состоянии, которое предусмат­ривается стандартом, и укладывают в ванну для насыщения водой.

Насыщенные водой образцы слегка обтирают тканью, повторно взвешивают и помещают в холодильную камеру при температуре не выше –16 °С. В камере образцы помещают на металлический поддон с интервалами между ними для лучшего охлаждения. Если образцы размещают в несколько рядов по высоте, то их укладывают на под­кладках толщиной не менее 20 мм. Общий объем загруженных в ка­меру образцов не должен быть более 50 % объема камеры. Время за­мораживания оговаривается в стандарте на материал.

Замороженные образцы вынимают из камеры и укладывают для оттаивания в ванну с водой при температуре 18…20 °С. После пол­ного оттаивания образцы вынимают из ванны, обтирают мягкой тка­нью, осматривают и вновь помещают в холодильную камеру. Через установленное стандартом для данного материала число циклов об­разцы после очередного оттаивания в воде взвешивают и испытывают на прочность.

Морозостойкость материала может быть определена ускоренными методами, заключающимися, например, в насыщении образцов рас­твором хлорида натрия или глубоком (до –60 °С) их замора­живании.

ГОСТ 10061.3 предусматривает возможность испытаний на морозостойкость тяжелых бетонов и растворов ускоренным методом.

Для такого определения используют дифференциальный объемный дилатометр ДОД-100К или ДОД-100К3 в комплекте со стандартными образцами, изготовленными из алюминия. Стандартный образец должен иметь одинаковую форму и размеры с бетонными образцами. Кроме того, для проведения испытания используют ванны для насыщения образцов водой, керосин и воду питьевого качества по ГОСТ 23732.

Бетонные образцы изготовляются и отбирают по пп. 4.5–4.10 ГОСТ 10060.0 и ГОСТ 28570. Их измеряют, определяют начальный объем V _o и насыщают водой по
п. 4.11 ГОСТ 10060.0.

Насыщенный образец бетона помещают в измерительную камеру дилатометра, во вторую камеру помещают стандартный образец, камеры заполняют керосином и герметизируют.

Дилатометр с образцами устанавливают в морозильную камеру и выдерживают 30 мин, затем начинают замораживание со скоростью 0,3 °С/мин до достижения температуры минус (18 ± 2) °С.

Графопостроитель во время замораживания непрерывно фиксирует кривую разности объемных деформаций бетонного и стандартного образцов (рис. 4.6).

Рис. 4.6. График зависимости разности объемных
деформаций бетонного и стандартного образцов
от температуры замораживания

На графике выделяют скачкообразное изменение разности объемных деформаций n_i, обусловленное переходом воды в лед.

Определяют значение максимального относительного увеличения разности объемных деформацийΘ _i бетонного и стандартного образцов по формуле

(4.10)

где n_i – значение максимальной разности деформаций бетонного и стандартного образцов при замерзании воды в бетоне, см; c – постоянная дилатометра, см³/см (принимают по паспорту на прибор); V ₀ – начальный объем бетонного образца, см³.

Максимальную относительную разность объемных деформаций Θбетонных и стандартного образцов при замораживании определяют как среднеарифметическое значение серии из трех бетонных образцов.

Марку бетона по морозостойкости F определяют по максимальной относительной разности объемной деформации бетонных и стандартных образцов (табл. 4.1) с учетом вида бетона, формы и размера образцов. Марку бетона по морозостойкости F, выраженную в циклах переменного замораживания и оттаивания в воде, определяют по графику на рис. 4.7 или по табл. 4.1.

Рис. 4.7. График зависимости морозостойкости бетона от максимального относительного увеличения разности объемных деформаций Θ бетонного и стандартного
образцов при замораживании: 1 – для тяжелого бетона,
2 – для легкого бетона

Таблица 4.1

График зависимости морозостойкости бетона от максимального относительного увеличения разности объемных деформаций Θ бетонного и стандартного образцов при замораживании

Форма и размер образца, мм

Вид бетона

Максимальное относительное увеличение разности объемной деформации бетонного и стандартного образцов Θ∙10^–3 для марки бетона по морозостойкости

F25

F35

F50

F75

F100

F150

F200

F300

F400

F500

F600

F800

F1000

Куб с ребром 100 мм

Тяжелый

> 3,80

3,80– 3,60

3,60– 3,50

3,50– 2,40

2,40– 1,70

1,70– 1,00

1,0– 0,65

0,65– 0,33

0,33– 0,20

0,20– 0,18

0,18– 0,08

0,08– 0,05

< 0,05

Легкий

> 4,75

4,75– 4,50

4,50– 4,00

4,00– 3,30

3,30– 2,30

2,30– 2,00

< 2,00

–

–

–

–

–

–

Цилиндр высотой и диаметром 70 мм

Тяжелый

> 6,00

6,00– 5,00

5,00– 3,80

3,80– 3,25

3,25– 1,90

1,90– 1,30

1,30– 0,75

0,75– 0,40

0,40– 0,25

0,25– 0,18

0,18– 0,09

<0,09

–

Легкий

> 7,00

7,00– 6,00

6,00– 5,00

5,00– 3,80

3,80– 3,40

3,40– 2,80

< 2,80

–

Марку бетона по морозостойкости F принимают как соответствующую требуемой, если среднеарифметическое значение Θ_ср серии бетонных образцов меньше максимального относительного увеличения разности объемной деформацииΘ бетонных и стандартного образцов, указанного в табл. 4.1. При совпадении среднеарифметического значенияΘ серии бетонных образцов с граничными значениями диапазона назначают меньшую по значению марку бетона по морозостойкости.

Дата добавления: 2014-11-25