МОРОЗОТОЙКОСТЬ ГАЗОБЕТОНА ПРИ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

В ЛенЗНИИЭПе ведутся работы по исследованию морозостойкости газобетона при низкой температуре, характерной для I строительно-климатической зоны. В соответствии с требованиями к панелям для наружных стен жилых и общественных зданий марка ячеистого бетона по морозостойкости должна быть не ниже 25 (при температуре замораживания образцов -15…20°С) ‚ а для условий Крайнего Севера не менее 35. Ячеистый бетон при этих условиях испытания достаточно морозостоек и без изменения массы и прочности, как правило, выдерживает требуемое число циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Чаще всего разрушение бетона при одновременном воздействии воды и мороза объясняют тем, что вода при замерзании увеличивается в объеме и создает напряжения, превышающие предел прочности материала, а также возникновением гидравлического давления в результате продавливания воды и льда через систему пор цементного камня. Большое значение придается адсорбционному понижению прочности в процессе двухмерной миграции молекул воды в микрощели, образующиеся в результате растягивающих напряжений при замерзании воды в крупных капиллярах, и различию коэффициентов температурного расширения льда и самого материала, значение которых зависит от температуры замораживания.

При замораживании образцов в интервале от -10 до -50°С наблюдается расширение цементного камня, объясняемое замерзанием сорбированной воды. Дальнейшее снижение температуры приводит к развитию деформаций сжатия. Сорбционно связанная вода не замерзает даже при охлаждении до -110° С. Следовательно, на стойкость стеновых материалов может оказывать влияние не только число теплосмен, но и температура замораживания, что позволяет считать действующую методику испытания ячеистого бетона на морозостойкость, основанную по существу на аномальном расширении воды при переходе её в лед, достаточно условной для оценки стойкости изделий в эксплуатационных условиях Крайнего Севера, где температура достигает минус 50-65°С.

Наша задача заключалась в том, чтобы изучить изменение свойств газобетонных образцов, циклическое замораживание которых производилось при температуре -55 и -45° С. Из-за отсутствия методики определения морозостойкости при низкой температуре для сравнения наряду с газобетонными образцами испытывали красный кирпич, широко применяющийся для строительства в северных районах. Красный кирпич отвечал нормативным требованиям по морозостойкости.

Газобетон объемной массой 650-700 кг/м³ готовили на основе кварцевого песка Надымского месторождения -(Тюменская обл.) и среднеалюминатного портландцемента марки 400 Волховского завода. Содержание кварца в песке составляет 96-97%, глины – менее 1%. Учитывая сложность доставки извести в отдельные районы Крайнего Севера, в качестве добавки для регулирования процесса газообразования применялись наряду с известью едкий натр и поташ. Опытные образцы готовили в лабораторных условиях с последующей автоклавной обработкой при 12 ати по режиму 2+4+2 ч.

Состав газобетона различных серий образцов приведен в табл. 1.

Водонасыщенные образцы помещали в термобароклав с начальной температурой -20°С. Затем камера охлаждалась со скоростью 12-1З град/ч до заданной температуры с последующей выдержкой в течение 4 ч. Часть образцов оттаивала во влажной камере над водой, а другая часть – в воде в течение 18 ч.

Коэффициент морозостойкости газобетона зависит от температуры замораживания и условий оттаивания (табл. 2.) Прочность при сжатии газобетонных образцов, испытанных по стандартной методике (серия V) после 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, не изменяется; после 35 циклов испытаний при -45 и -55°С и оттаивании в воде прочность снизилась на 22-23% (серия I и II), а при оттаивании :над водой – на 15-18%. Значительно выше также потери и массы. Вероятно, в ячеистом бетоне, так же как и в цементном камне при температуре ниже -15°С, продолжается замерзание пристеночной и капиллярно сконденсированной воды в более мелких порах, что увеличивает напряжение в межпоровом материале. В определенном диапазоне отрицательных температур происходит отслоение льда от скелета, поэтому снижение температуры с -45 до -55° С мало изменило коэффициент морозостойкости. При испытании стеновых материалов на морозостойкость применительно к условиям Крайнего Севера, по-видимому, достаточно ограничить температуру замораживания -45°С.

Испытание образцов через определенное число циклов показало, что снижение прочности происходит равномерно.

Условия оттаивания при низкой температуре замораживания больше влияют на прочностные показатели и изменение массы образцов, чем при стандартных испытаниях. При оттаивании в воде внешние признаки разрушения наблюдаются на 6-8 циклов раньше, чем у образцов, оттаивающих над водой с относительной влажностью воздуха 95-96%.

Красный кирпич при низкой температуре замораживания менее чувствителен к условиям оттаивания, чем газобетон. Изделия, оттаивание которых производилось в воде и над водой, мало различались по внешнему виду. Первые признаки разрушения кирпича (трещины) появились после 20 циклов испытаний; заметное шелушение и выкрашивание наблюдалось после 25 циклов. Большая чувствительность газобетона к условиям оттаивания объясняется его меньшей теплопроводностью, вследствие чего растягивающие напряжения существуют более длительное время.

Коэффициент морозостойкости газобетона снижается при замене добавки извести едким натром и поташом (серии III, IV). Прочность при сжатии газобетона, изготовленного с применением щелочи, после 35 циклов переменного замораживания и оттаивания падает на 37%, что значительно больше нормативных допусков. Добавка поташа меньше влияет на морозостойкость, которая только на 6% ниже, чем у газобетона с добавкой извести. Деструктивное действие некоторых электролитов можно объяснить увеличением количества воды в кинетической единице и уменьшением её подвижности вследствие сольватации, что снижает релаксацию контактных напряжений между льдом и скелетом.

Таким образом, цикличное замораживание газобетона при -45 и -55°С способствует более быстрому разрушению образцов, чем при испытаниях по стандартной методике; коэффициент морозостойкости газобетона зависит также от условий оттаивания. Даже при таких жестких режимах испытания газобетон характеризуется высокой морозостойкостью, которая значительно выше, чем морозостойкость кирпича, испытанного в равных условиях.