13 Дек 11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ К КЛИМАТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

Стойкость к климатическим воздействиям тяжелых бетонов (в том числе гидротехнических, дорожных и плотных силикатных), бе­тонов на пористых заполнителях плотностью более 1500 кг/м3, яче­
истых бетонов, и облицовочных материалов оценивают испытания­ми на морозостойкость.

Морозостойкость тяжелых бетонов плотностью более 1500 кг/м3 определяют по ГОСТ 10060—76 путем попеременного заморажива­ния их образцов при температуре —15...—20 °С и оттаивания при температуре +15...+20 °С. За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее количество циклов попеременного замора­живания и оттаивания, которое при испытании выдерживают об­разцы установленных размеров без снижения прочности на сжатие более 15 % по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте.

Образцы замораживают в климатической камере или морозиль­ной установке, обеспечивающей возможность охлаждения камеры с образцами и поддержания температуры в ней —15...—20 °С. Тем­пературу контролируют в центре камеры. Образцы загружают в камеру после охлаждения воздуха в ней до —15 °С и ниже. Про­должительность одного замораживания при установившейся темпе­ратуре для образцов размерами ЮОХЮОХЮО и 150X150X150 мм не менее 4 ч, образцов размерами 200x200X200 мм — не менее 6 ч.

Оттаивают образцы размерами ЮОХЮОХЮО; 150X150X150 и 200x200X200 мм после выгрузки из холодильной камеры в ванне с пресной водой, температуру которой поддерживают в пределах 15...20 °С в течение не менее 4 ч. При этом образцы устанавливают так, чтобы каждый из них был окружен со всех сторон слоем воды толщиной не менее 20 мм. По результатам испытаний устанавлива­ют для данного состава бетона марку по морозостойкости.

Ускоренные методы испытаний используют при корректировке составов бетона и для оперативного производственного контроля его качества. Морозостойкость ускоренным методом определяют пу­тем замораживания образцов при температуре (—50±2) °С, вы­держивании при этой температуре образцов в форме куба с ребра­ми размером 100...150 мм в течение 1 ч, а 200 мм — в течение 2 ч, последующего повышения температуры в камере до —10 °С в те­чение 2 ч и оттаивания образцов в воде в течение 4 ч. Выдержав­шими испытания считают образцы, прочность которых снизилась по отношению к контрольным в эквивалентном возрасте не более чем на 15 %.

Морозостойкость ячеистых бетонов определяют по ГОСТ 12852.4—77 на образцах размером ЮОХЮОХЮО мм. Количество циклов попеременного замораживания и оттаивания устанавлива­ют в соответствии с проектной маркой бетона по морозостойкости.

Основные образцы, предназначенные для испытаний на морозо­стойкость, и контрольные перед испытаниями на прочность при сжа­тии насыщают водой путем заливки до 1/3 их высоты и выдержки при этом в течение 8 ч. Затем образцы заливают до 2/3 высоты и выдерживают еще в течение 8 ч. После этого их заливают таким образом, чтобы уровень воды был выше верха образца на 2 см, и выдерживают в камере с относительной влажностью воздуха около 95 % при температуре (-}-20±2) °С до завершения испытания ос­новных образцов.

Основные образцы замораживают при температуре —15 С в те­чение 4 ч. Оттаивают они в камере с относительной влажностью воздуха 95 % "Ри температуре (+20±2) °С в течение 4 ч.

Если прочность основных образцов не более чем на 15 % ниже прочности контрольных, то марку бетона по морозостойкости при­нимают равной количеству циклов, в течение которых проводились испытания.

Морозостойкость стеновых и облицовочных материалов опреде­ляют по ГОСТ 7025—78 путем многократного объемного или одно­стороннего замораживания насыщенных водой образцов в воздуш­ной среде при температуре —15...—20 °С и оттаивания в воде при температуре +15...+20 °С. Оценивают морозостойкость материала по потере прочности при сжатии, по потере массы, по степени по­вреждения образцов. Характеризуется она количеством циклов по­переменного замораживания и оттаивания.

Испытания проводят на таких образцах материалов: кирпича и камня пустотелого керамического — в виде целых из­делий или их половинок;

Пустотелых камней и изделий из бетона на пористых заполни­телях плотностью менее 1500 кг/м3 — в виде куба с ребром раз­мером 70, 100 и 150 мм или в виде цилиндра, диаметр которого равен его высоте;

Плит облицовочных из естественного камня, бетона и других материалов — размерами не менее 100x100 мм и толщиной, рав­ной толщине изделий.

Образцы материалов до начала испытаний погружают в воду и выдерживают там в течение 48 ч:

Объемное замораживание проводят в камере с температурой воздуха —15 °С в течение времени, ч:

Плит толщиной до 25 мм.................................................................... 2

Образцов (кубов и цилиндров) плотностью 1200... 1800 кг/м3 (кубов длиной ребра или высотой и диаметром цилиндра до 100 мм включительно): для образцов плотностью более 1800 кг/м3 до 150 мм; для плит толщиной более 25 мм, пусто­телых материалов и кирпича всех видов.............................................. 4

Образцов плотностью 1200...1800 кг/м3 и с ребрами куба дли­ной (или диаметром цилиндра и его высотой) 150 мм 6 Образцов из материалов плотностью менее 1200 кг/м3 и с ребрами куба длиной (или высотой и диаметром цилиндра) 150 мм.......................................................................................................... g

Оттаивают образцы, полностью погружая их в воду и выдер­живая там в течение периода, равного половине продолжительно­сти замораживания.

При оценке морозостойкости по потере прочности поверхность испытанных и контрольных образцов выравнивают цементным тес­том или раствором по ГОСТ 8462—75 и выдерживают их в течение

ГпгтйЫТЫВаЮТ на сжатие каждый образец в отдельности по 1UC1 8462—75. При оценке морозостойкости по потере массы ис­пытанные н контрольные образцы природного камня и керамиче­ских материалов высушивают при температуре + 105...+ 110 °С до постоянной массы, образцы других материалов взвешивают в насы­щенном водой состоянии с погрешностью не более 0,2 % ■ При оцен­ке морозостойкости по степени повреждения образцы осматривают через каждые 5 циклов при 15 и 25 циклах попеременного замора­живания и оттаивания и через каждые 10 циклов при 35 и 50 цик­лах попеременного замораживания и оттаивания. Осматривают об­разцы после оттаивания.

Морозостойкость при одностороннем замораживании испытыва­ют с помощью установки (см. рис. V.1, в), где на место испыты­ваемой конструкции устанавливают кассету с образцами мате­риала.

Испытания проводят в той же последовательности и при тех же режимах, что и при объемном замораживании.

Атмосферостойкость герметиков оценивается испытаниями их на старение [27] с контролем изменения прочности при разрыве, удлинения при разрыве, остаточного удлинения после разрыва, про­дольных деформаций, скоростью распространения ультразвуковых волн, кагезионно-адгезионной прочности, стекания нетвердеющих мастик.

Цикл испытаний герметика на атмосферостойкость равен 48 ч и состоит из двух равных по продолжительности полуциклов. В те­чение первого герметик подвергают воздействию ультрафиолетово­го облучения (3 ч), замачиванию в воде при температуре (+18 ±2) °С (2 ч), нагреву при комнатной температуре (16 ч). Десять циклов испытаний условно приравнивают к одному году эксплуата­ции герметика при работе в стыке сборной конструкции. Ускорен­ное старение герметиков осуществляют путем их попеременного замораживания-оттаивания и увлажнения-высушивания.

Параметры циклов воздействий определяют в зависимости от района эксплуатации здания, герметизацию стыков которого осу­ществляют испытываемым герметиком. Для климатических условий Украины режимы испытаний герметиков на атмосферостойкость следующие [21].

Замораживание-оттаивание:

Понижение температуры в центре образца от +5 до —5 °С 1ч Выдерживание образцов при температуре —5 °С 1ч

Оттаивание образцов до температуры +5 СС 0.5 ч

Эти режимы повторяют три раза, а затем следует:

Понижение температуры в центре образцов до —10 °С 1 ч

Выдерживание образцов при температуре —10 °С 1 ч

Оттаивание образцов до температуры +5 °С. . . 0,5 ч

Понижение температуры в центре образцов до —15 °С 1 ч

Выдерживание образцов при температуре —15 °С 1 ч

Оттаивание образцов до температуры +5 °С. . . . 0.5 ч

Понижение температуры до —20 СС........................................... 1ч

Выдерживание образцов при температуре —20 °С 1 ч Оттаивание образцов до температуры +5 °С.... 0.5 ч Полное время замораживания-оттаивания для герметизи­рующих материалов 15ч

У вл ажнение-высушива ние:

Полное погружение в воду.......................................................... 0.15 ч

Облучение имитаторами солнечной радиации (три ртутные лампы ПРК-7М мощностью по 1кВт) на расстоянии 21 см от источника излучения.................................................................... 0,5 ч

Указанный цикл повторяют 14 раз.

Атмосферостойкость стыков ограждающих конструкций с дан­ным видом герметика определяют на фрагментах размером не ме­нее 1X1 ми толщиной в натуральную величину [27]. Фрагмент подвергают 5 циклам ускоренного старения по приведенной выше методике. С помощью установки (см. рис. V. 1, в) его подвергают одностороннему охлаждению в течение 1 мин и с помощью специ­альных устройств растягивают так, чтобы ширина щели стыка уве­личилась в 1,5 раза по сравнению с первоначальной. Затем снима­ют нагрузку, нагревают образец до температуры +50 °С и подвер­гают стык сжатию до получения половины первоначальной его ши­рины. Образцы оставляют в таком положении на 1 ч, а затем осво­бождают от нагрузки.

Герметики, рассчитываемые на эксплуатацию в течение 5...Є лет, считают удовлетворяющими требованиям стойкости, если после 5 циклов описанных испытаний не обнаруживается трещин, нару­шений герметичности стыка или отставания герметика от стенок щели.

Для установления пригодности стыков, герметизированных дан­ным материалом, в течение более 10 лет эксплуатации их после за­вершения 11 циклов ускоренного старения по приведенной выше методике выдерживают при температуре (+20±2) °С и относитель­ной влажности воздуха 65 %. Затем образцы помещают в аппарат для создания переменных деформаций растяжения и сжатия и в течение 2 ч подвергают 1000-кратному растяжению и сжатию, при котором размер щели должен меняться на 20 % по отношению к первоначальному.

Герметики считают удовлетворяющими требованиями стойкости на старение, если после проведения указанных испытаний не на­ступает разрыв образца, не образуются трещины и раковины, гер - метик не отстает от основания стыка.

Морозостойкость закрытопористых пенопластов (пенополиуре - тановых, пенополистирольных) определяют на образцах в форме куба по следующему режиму [43]. Увлажняют образцы путем их полного погружения в воду при температуре +20 °С в течение 8 ч, затем замораживают в воздушной среде при температуре —20 °С в течение 16 ч. Общая продолжительность цикла испытаний 24 ч.

Параметры испытаний на морозостойкость пенопластов по дру­гим методикам приведены в табл. V.4.

Стойкость к цикловым температурно-влажностным воздействи­ям закрытопористых пенопластов определяют на образцах в фор­ме куба с размером ребра 5 см. Режим испытаний подбирают ис­ходя из условий эксплуатации зданий. Для получения сравнитель-

Таблица V.4. Параметры испытаний строительных пенопластов на морозо­стойкость [61] Автор методики Размеры образ­цов. мм Замораживание Оттаивание Температура. °С Про - должи- тель - ность, ч Температура, °С Про­должи- тель - ность. ч ВНИИстройполн- 100x100x100 —18 4 +20 2 Мер МИСИ 100X100X100 —18 4 +20 2 (в воде) Цнииэп 30x30x30 —40 8 +40 8 Жилища 150X30X30 (односторон­ 8 (односторон­ 150X15X8 Нее) Нее) НИИМосстрой 50X50X50 —25 3 +20 3 (в воде)

Ных данных рекомендуют [43] следующий цикл испытаний: увлаж­нение образцов в воде или в условиях повышенной влажности воз­духа при температуре +20 °С в течение 8 ч, замораживание при температуре —60 °С в течение 16 ч, оттаивание при температуре +20 °С в течение 8 ч и прогревание при температуре +60 °С в течение 16 ч. Общая продолжительность цикла испытаний 48 ч.

Открытопористые пенопласты (например, ФРП-1, резопен) об­ладают значительным водопоглащением и увлажнение их путем за­мачивания в воде в течение 8 ч повышает влагосодержание по мас­се до 1500 %, то есть поры материала почти на 90 °/о заполняются водой. Оценка долговечности открытопористых пенопластов по при­веденным выше методикам не дает результатов, адекватных про­цессам, протекающим в условиях эксплуатации этих утеплителей в ограждающих конструкциях.

При выборе режимов замораживания-оттаивания-нагрева необ­ходимо учитывать реальные условия эксплуатации утеплителя в ограждении, а также характер физических процессов, протекающих в материале. Продолжительность циклов замораживания-оттаива- ния-увлажнения рассчитывают в зависимости от размеров образ­цов, условий теплообмена в процессе их испытаний и специально определенных теплофизических свойств материала по методикам, описанным выше в настоящей главе.

Стойкость к климатическим воздействиям открытопористых пе­нопластов, эксплуатируемых в качестве утеплителя ограждений зда­ний в условиях Украины, определяют следующими испытаниями [52].

На знакопеременные температурные воздействия испытания проводят по режиму: 4 ч охлаждения при температуре от + 18... +20 °С до —30 °С, 8 ч замораживания при температуре —30 °С, 8 ч оттаивания на воздухе при температуре +18...+20°С, 16 ч на­грева при температуре воздуха +60 °С и его относительной влаж­ности 95 %.

Стойкость к периодическому замораживанию-оттаиванию про­веряют по режиму: 4 ч охлаждения при температуре от - f-18...20 °С до —30 °С, 8 ч замораживания при температуре —30 °С, 8 ч оттаи­вания на воздухе при температуре +18...+20 °С и 4 ч оттаивания в воде при температуре + 16...+20°С.

Стойкость к циклическим температурно-влажностным воздейст­виям оценивают по режиму: 4 ч охлаждения при температуре от + 18...+20°С до —30 °С, 8 ч замораживания при —30 °С, 8 ч отта­ивания на воздухе при температуре +18...+20 °С, 16 ч нагрева при температуре воздуха +60 °С и его относительной влажности 95 %> 0,5 ч увлажнения жидкой влагой при температуре +18...+22 °С.

Для дифференциальной оценки влияния разных факторов на ин­тенсивность старения пенопластов, а именно, воздействия низких и высоких температур, увлажнения жидкой и парообразной влагой, три группы образцов-близнецов параллельно испытывают на стой­кость к знакопеременным температурным воздействиям, цикличес­ким температурно-влажностным и периодическому заморажива­нию-оттаиванию.

Долговечность пенопластов оценивают по изменению сопротив­ления сжатия при 10 %-й деформации образца, определяемой ис­пытанием кубика размером ребра 5 см по ГОСТ 17177.9—81. Безот­казность теплозащиты оценивают по изменению теплопроводности пенопласта путем испытания его методом стационарного теплового потока по ГОСТ 7076—78. Указанным испытаниям подвергают об­разцы пенопластов размером 30X30X8 (±5) см. После определен­ного количества циклов образцы приводят в соответствие с требо­ваниями ГОСТ 17177.9—81 и ГОСТ 7076—78. При этом размеры образцов, подвергающихся соответствующим климатическим воз­действиям, могут колебаться в указанных пределах, так как влия­ние масштабного фактора на изменение контролируемых парамет­ров незначительно [52]. Плотность пенопластов существенно влия­ет на все их механические показатели, поэтому при испытаниях используют характеристику нормируемой прочности пенопласта [37], равную отношению предела прочности образца к плотности того же образца.

Результаты испытаний стойкости пенопластов к климатическим воздействиям представляют в виде зависимостей соответствующих контролируемых параметров от количества циклов воздействия. Для фенольно-резольных пенопластов эти зависимости представле­ны на рис. V.12 [52].

Зафиксированные в результате испытаний изменения контроли­руемых показателей представляют также в виде функций от про­изведения средней влажности материала w в процессе его испыта­ний и удвоенной амплитуды At температурных воздействий. Для фенольно-резольного пенопласта резопен подобные зависимости представлены на рис. V.13.

Для удобства практических расчетов зависимости, представлен­ные на рис. V.13, описывают в виде следующих уравнений ре­грессии:

Для сопротивления сжатию

Осж = с0 — axAtw — a2Atwn, (V. 23)

Для теплопроводности

I = К0 + a3Atw -+ a^Alwri, (V.24)

Где с<До — соответственно сопротивление сжатию и теплопровод­ность материала в начальный момент времени; аь Ог» 0з, а4 — эм­пирические коэффициенты.

Рис. V.12. Изменение сопротивления нормированной прочности на сжатие (а) и теплопроводности (б) пенопласта резопена в процессе его испытаний на стой­кость к климатическим воздействиям: 1 — знакопеременные температурные воздействия; 2 — испытания на стойкость периодиче­скому замораживанию-оттаиванию; 3— циклические температурно-влажностные воздействия; 4 — границы доверительного интервала.

Рис. V.13. Зависимость сопротивления сжатию (а) и теплопроводности (б) пе­нопласта резопен от амплитуды температурных воздействий средней влажности материала и количества циклов испытаний на стойкость к климатическим воз­действиям: 1 — л=10; 2 — л=20; 3 — л=30; 4 — п=40.

Зависимости типа (V.23)...(V.24) необходимы при количествен­ной оценке показателей надежности ограждающих конструкций, утепленных изучаемым материалом, по результатам его испытаний на стойкость к климатическим воздействиям. Открытопористая структура указанных выше пенопластов вызывает трудности при ре­гулировании влагосодержания образцов в процессе испытаний. Ис­следования проводят при влагосодержании образцов, намного пре­
вышающем среднее эксплуатационное и даже возможное макси­мальное влагосодержание утеплителя ограждающих конструкций. Уравнения типа (V.23)...(V.24) позволяют определить близкое к ре­альному снижение основных эксплуатационных показателей испы­тываемого материала при среднегодовой эксплуатационной влаж­ности, которую определяют по результатам экспериментальных или расчетных исследований температурно-влажностного состояния кон­струкций (см. гл. IV).

При определении изменения других теплофизических свойств (например, температуропроводности, теплоемкости) теплоизоляци­онных материалов при температурно-влажностных воздействиях на них, испытания проводят по описанной выше методике. После со­ответствующего количества циклов воздействий определяют ука­занные параметры материала импульсными методами. Результаты испытаний представляют по схеме, аналогичной описанной на с. 164.