Замерзание влаги в строительных материалах —
Существующая в настоящее время методика испытания материалов на морозостойкость является далеко не совершенной. Известно немало случаев, когда результаты определения морозостойкости, полученные в лабораторных условиях, не подтверждались на практике.
Один из путей совершенствования методики испытания морозостойкости материалов связан с изучением процесса льдообразования. являющегося основной причиной разрушения материала при замораживании Материалы с большим содержанием льда разрушаются интенсивно. Образцы же с малым количеством льда не претерпевают никаких изменений в процессе 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Для исследования влияния температуры. влажности и структуры на ход льдообразования в лаборатории долговечности ограждающих конструкций НИИ строительной физики сделано более 500 определений льдистости различных строительных материалов карустрическим методом Применение калориметра обеспечило получение результатов, при которых средняя ошибка не превышала 1% суммарного теплового эффекта опыта Для испытаний брали образцы в виде цилиндров диаметром 1.8 см и высотой 4.5 см из материалов равномерной структуры при различной влажности и температуре замораживания
Рассмотрим влияние различных факторов на образование льда
Влияние температуры. Образцы материалов, увлажненные полным погружением в воду на 3—5 сут., помешали в бюксы и замораживали при постоянной заданной температуре не менее 12 ч. Затем проводилось калориметрирозание. Результаты для ряда материалов приведены в табл. I.
В большинстве строительных материалов лед в основном образуется при охлаждении до —10°С: при дальнейшем охлаждении (до —30°С) количество льда увеличивается незначительно. Исключением среди рассмотренных строительных материалов является газозолобетон (рис 1). Таким образом, для большинства испытанных материалов охлаждение прн определении морозостойкости можно ограничить температурой — ЮС.
В лаборатории провели также 70 исследований по определению льдистости материалов при температурах от —35 до —50°С. Понижение температуры в этом интервале не вызвало заметного замерзания влаги во всех материалах, за исключением образцов камня и раствора на портландцементе. Прирост льда произошел за счет гелевой воды.
При температуре от —35 до —50°С количество незамерзающей воды в портландцементном камне снизилось, замерзло до 40% селевой воды, количество льда увеличилось вдвое, льдистость достигла 49—52% Рост льдистости в этих пределах температуры сопровождается интенсивными положительными деформациями; льдистость цементно-песчаного раствора выросла на 7—12%.
Влияние влажности. Исследования показали, что чем больше влажность, тем выше льдистость. Льдистость как показатель замерзания влаги в материале, можно применять для образцов одинаково увлажненных.
Экспериментально установлено, что для каждого материала при любой выбранной температуре замораживания количество незамерзающей воды, отнесенное к весу сухого материала „.3, является величиной вполне определенной. Чтобы установить количество льда на единицу сухого веса материала, достаточно из весовой влажности (выраженной в долях единицы) вычесть И7Н 3. Максимальная сорбционная влажность, по данным экспериментов, ниже №унз. Величина О7,, 3 в основном определяется структурой материала.
Влияние структуры Были проведены замеры Дифференциальной пористости пяти видов строительных материалов методом ртутной до давления 1600—2200 атм (рис. 2). Прни этом четкой зависимости между льдистостью и пористостью не наблюдается В материалах с распитой микропористостью количество незамерзаюшей влаги оказалось выше Более четко проявилась эта зависимость от удельной поверхности.
Присутствие незамерзающей воды в пористых материалах объясняется наличием связанной воды, минерализацией и т. д. По-видимому, для температуры ниже —6С основная масса незамерзающей воды является связанной. Об этом свидетельствует пропорциональность между количеством незамерзающей воды и удельной поверхностью материала, определенной методом сорбции азота Количество такой воды на 1 м1 удельной поверхности изменяется в ограниченных пределах, а для материалов из глиноземного цемента эта величина фактически постоянна Исключением являются, образцы цементного камня на портландцементе, для которого основную массу составляет гелевая вода (табл. 2), очевидно характеризующаяся меньшей прочностью связи с материалом. По количеству незамерзающей воды рассчитана толщина ее слоя. Она колеблется от максимальной 0,059 мк при —6еС до 0,022 мк при —30.
В водяной пленке толщиной 0,1 мк содержится вода, замерзающая как обычно. Это подтверждается проведенными экспериментами. Две стеклянные, хорошо отшлифованные пластины, сжимали специальной обоймой до такой степени, что в средней части пропадала окраска, по краям же наблюдались кольца Ньютона. Зазор заполняли водой путем капиллярного подсоса. Излишек воды после заполнения зазора в виде нескольких капель оставался в контакте с вод,к п пленкой После охлаждения до —2°С в этот излишек вносили кристаллик льда, и вода моментально превращалась в лед. При этом отчетливо наблюдалась (в проходящем свете) волна льдообразования в водной пленке Волна проходила по всей площади на которой до заполнения водой, были кольца Ньютона, вплоть до фиолетового. Кольца наблюдались в отраженном свете. Величина первого фиолетового ковша равна четверти световом волны (с учетом потери половины волны при отражении).
Очевидно, что в порах диаметром менее U.U4 мк содержится вода, незамерзающая при —300С При более высокой отрицательной температуре диаметр пор с незамерзающей водой больше 0.04 мк. но не выше 0,1 мк. В интервале температур от —6 до —30°С замерзает рыхло связанная влага, причем количество ее пропорционально удельной поверхности (табл. 2).