Определение морозостойкости керамической черепицы

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Основная причина разрушения материала под действием низких температур – расширение воды, заполняющей поры материала при замерзании, Морозостойкость зависит главным образом от структуры материала: чем выше относительный объем пор, доступных для проникновения воды, тем ниже морозостойкость. На рисунке 6 показана черепица.

Рисунок 6. Черепица.

Устойчивость керамики к низким температурам – важное качество материала. Не только в России или в Скандинавских странах «царит» суровый климат.

Как следует из вышеприведенного определения морозостойкости, определяющим фактором качества материала является выдерживание большого количество переходов температуры через 0°С. В России же до сих пор существует заблуждение, что морозостойкость определяется минимальной температурой, которую может выдержать материал. Вследствие чего многие покупатели черепицы на приведенный аргумент, что черепица прошла испытания на морозостойкость в Германии, парируют: «Там нет таких морозов, как в России». Это верно – таких морозов в Германии практически не бывает, но для натуральной черепицы это не имеет никакого значения, Керамике все равно: -5°С на улице или -50°С. А вот количество переходов температуры через 0эС имеет серьезное значение, и во многих странах Европы таких переходов больше, чем в основной части территории России (в зависимости от рассматриваемого региона).

Для определения качества черепицы в ЕС существуют нормы DIN EN 1304 со следующими нормативами: DIN EN 539-2, DIN EN 539-1 и DIN EN 538, Данные нормативы устанавливают параметры испытаний, и предписывают, какие испытания на морозостойкость должны проводиться, и каким может быть изменение формы черепицы в результате проводимых испытаний. Также нормативы определяют способы требуемых при этом замеров.

В европейских нормах страны сгруппированы определенным образом в зависимости от метода испытания на морозостойкость. Группы «А», «В», «С», «D». Методы испытаний морозостойкости привязаны к требованиям в тех или иных странах. Соответствие DIN EN 539-2 по морозостойкости является доказательством качества грубой керамики (строительных керамических материалов) на территории зоны «В» Европы (Дании, Германии, Австрии, Финляндии, Исландии, Норвегии, Швеции, Швейцарии и Чехии).

Чтобы материал соответствовал данному DIN, необходимо проведение испытаний. Еще несколько лет назад было два вида методов исследования - метод «В» и метод «С».

DIN EN 539-2, метод «В». При применении этого метода ход испытаний следующий. Материал замораживается при нормальном давлении воздуха и снова размораживается. Всего производится 150 циклов замораживания и оттаивания. В обычных условиях от строительной керамики часто требуется такого рода устойчивость к резким сменам температуры окружающей среды. При методе «В» тестированию подвергается только лицевая сторона образца.

DIN EN 539-2, метод «С». При использовании метода «С» к исследуемому материалу выдвигаются более высокие требования. Опытный образец замораживается в вакууме и снова размораживается. Количество циклов замораживания и оттаивания составляет, как и при методе «В», - 150, При обычных условиях керамика также подвергается частой смене температуры окружающей среды. При применении метода «С» все стороны образца подвергаются тестированию.

Метод апробирования «Е».

Деятельность Евросоюза, в который входит большинство европейских государств, направлена, в том числе, и на введение единых строительных стандартов в государствах-членах. В связи с этим немецкий стандарт DIN заменен на общеевропейский EN.

С 2009 г. существует общеевропейское испытание морозостойкости «Е» - единый европейский метод, применяющийся в каждом государстве Евросоюза. Здесь предусматриваются следующие испытания, Вначале черепицы на семь дней погружаются в воду, после этого накрываются с обратной стороны льняным полотном, Вслед за этим черепицы на специальных подставках устанавливаются в холодильных камерах, Там они подвергаются процедуре попеременного размораживания и оттаивания. Замораживание черепиц вначале происходит путем впуска холодного воздуха в температурную камеру. Последующее оттаивание черепиц осуществляется путем подачи в камеру теплой воды (10°С). Тестовые черепицы проходят в общей сложности 150 циклов замораживания/оттаивания, После этого подводятся итоги:

- При наличии видимых повреждений выдается отрицательное заключение.

- При отсутствии видимых повреждений выдается положительное заключение.

В настоящий момент все новые модели проходят испытания по методу «Е», однако во многих случаях можно встретить материалы, испытанные методами «В» и «С».

В Европе немало заводов-изготовителей, выпускающих отличную по качеству черепицу, которая не подходит для применения на российской территории, но прекрасно подходит для применена в южных странах. Например, у концерна Terreal (Франция) из 22 заводов, которые производят черепицу по всему миру, часть (малазийский, индонезийский, испанский) ориентирована исключительно на местные климатические условия. В данных странах не бывает перепада отрицательных температур и такие строгие критерии, как для России там не нужны, Вся продукция, которую концерн Terreal экспортирует в Россию, Германию, Скандинавию и другие северные страны производится в соответствии с DIN EN 539-2.

Все серьезные заводы-изготовители керамических строительных материалов имеют сертификат DIN EN ISO 9001. В руководстве-справочнике к нему прописаны все регламентирующие документы, нормы и правила, откуда становится ясно, что вся продукция тщательно проверяется и соответствует заданным нормативам.

И в Европе, и в России испытания на морозостойкость строительные материалы проходят в специальных исследовательских институтах, При желании любой покупатель немецкой керамической черепицы может провести независимые испытания в российских НИИ, и стоит подобное исследование относительно недорого - около 1 тыс. евро. Однако немецкое (а теперь и общеевропейское) качество настолько хорошо зарекомендовали себя, что подобных прецедентов пока не было.

Испытания черепицы в России.

В Советском Союзе действовал ОСТ 21-32-84 «Черепица глиняная», в котором были прописаны методы контроля качества черепицы. Однако срок данного ГОСТа уже истек, и сейчас о нем уже практически не вспоминают. ГОСТы на керамическую черепицу в России отсутствуют, хотя при желании можно использовать ГОСТ 13996 «Плитки керамические фасадные и ковры из них». Данный ГОСТ устанавливает количество циклов попеременного замораживания и оттаивания для керамической фасадной плитки в количестве не более 50 циклов, а водопоглощение – от 2 до 9%. Методы испытаний на морозостойкость для плиток керамических определены ГОСТ 27180 «Плитки керамические. Методы испытаний». Описанный в ГОСТе метод схож с европейским, за исключением меньшей автоматизации процесса, более низких температур замораживания (-20°С) и осмотра образцов после каждого цикла с обеих сторон.

Согласно этому ГОСТу, проводят попеременное замораживание и оттаивание образцов по следующей схеме:

- замораживание в течение 2 ч при температуре воздуха в морозильной камере от 15 до 20°С;

- оттаивание в течение 1 ч в воде с температурой 15-20°С.

Началом замораживания образцов считают температуру воздуха в камере -15°С.

Образцы осматривают после каждого цикла испытания независимо от общего числа циклов испытаний. Выявление повреждений образцов (разрушение, образование сколов, трещин, расслоение и т.п.) проводят после оттаивания.

В России подобное испытание на морозостойкость для производителей керамической черепицы может провести аккредитованная лаборатория, имеющая соответствующие климатические камеры: испытательная база для этого есть.

Впрочем, официально проведение подобных испытаний вовсе не обязательно: в России керамическая черепица не подлежит обязательной сертификации, поэтому для ее продажи достаточно иметь санитарно-эпидемиологическое заключение, в котором, как правило, указывается уровень естественного радиационного фона.

Морозостойкость керамической черепицы проверяется в Европе в соответствии со стандартом EN 539-2, часть Б. в соответствии с данным стандартом образец керамической черепицы подвергается циклическому замораживанию в насыщенном водой состоянии и оттаиванию в воде при определенных параметрах. Осмотр черепицы проводится только с верхней стороны, Повреждения нижней стороны черепицы учитываются только в случае, если они приводят к потере функциональных качеств черепицы.

Керамическая черепица считается прошедшей испытания на морозостойкость, если после 150 циклов испытаний по EN 392-2, часть В, у нее отсутствуют трещины на поверхности длиной более 30 мм, вырывы в виде чешуек на поверхности, превышающие в длину 10 мм, расслаивание, сглаживание ребер, сквозные трещины или разрушение тела черепицы, а унос массы не превышает 1%.

Испытания проводятся в специальной автоматической климатической установке, состоящей из теплоизолированной, герметичной морозильной камеры, спринклерной системы, водяного насоса, вентилятора, датчиков температуры. Процесс испытаний полностью автоматизирован и контролируется компьютером.

Подготовка образцов перед испытаниями: высушивание при температуре 1°С в течение 48 ч и вакуумирование образца в течение 1 ч, взвешивание, предварительное насыщение черепицы водой и определение водопоглощения.

Водопоглощение керамической черепицы проверяется методом сравнения разницы масс до и после насыщения образцов водой, Сухая масса определяется после нагревания и выдерживания при пониженном давлении в течение 1 ч, а масса в насыщенном водой состоянии определяется после нахождения образца в погруженном состоянии на глубине не менее 30 мм. В зависимости от типа глины и ее подготовки водопоглощение керамической черепицы колеблется от 2 до 20%.

Испытываемые образцы черепицы устанавливаются в морозильной камере на стеллаже с уклоном 15°, имитирующем скат крыши, с небольшим нахлестом образцов друг на друга.

Испытательный цикл состоит из следующих операций (общее время прохождения цикла - 180 мин):

- постепенное охлаждение образцов до 0°С с периодическим обрызгиванием поверхности образца водой для исключения подсушивания (50 мин);

- охлаждение до —5°С (55 мин);

- замораживание до 15°С (45 мин);

- выдерживание образца при температуре - 13°С (15 мин);

- оттаивание и прогрев: повышение температуры в камере до 0°С, включение спринклерной системы с температурой воды + 5°С до исчезновения льда на поверхности в течение 15 мин, заполнение камеры теплой водой до затопления образцов (15 мин).

После первых 50 циклов образцы просушиваются и осматриваются визуально на предмет появления признаков разрушений. Испытания продолжаются до появления признаков разрушения на лицевой поверхности или по достижении 150 циклов попеременного размораживания и замораживания в насыщенном водой состоянии [26].

Заключение

В современном строительстве керамические материалы актуальны и посей день. Без использования керамики необходится ни одна постройка.

Главной причиной такой популярности является большой ассортимент керамических материалов. Материалы из керамики можно разделить на следующие группы:

1) стеновые материалы — кирпич глиняный обыкновенный, легкий строительный кирпич, пустотелый кирпич, пустотелые камни; 2) изделия для облицовки стен (лицевые) — кирпич и камни, фасадные плиты и плитки, ковровая керамика, плитки для внутренней облицовки стен; 3) изделия для полов — крупные плитки и плитки для мозаичных полов; 4) пустотелые камни для перекрытий; 5) кровельные материалы — глиняная черепица; 6) санитарно-технические изделия — ванны, умывальники, раковины, унитазы, смывные бачки и др.; 7) керамические трубы; 8) керамические материалы и изделия специального назначения и др. Разнообразный ассортимент керамических изделий, высокая прочность, негорючесть и долговечность позволяют использовать их при строительстве всех частей промышленных и гражданских зданий.

Также причиной широкого распрастронения керамических изделий служат их свойства – водопоглощение, морозостойкость, прочность при изгибе, прочность при сжатии, теплопроводность, стойкость к агрессивным средам, стойкость глазури и др.. Все это не только помогает сохранить постройки на долгое время, но и создать красивый внешний вид здания, интерьер помещения.

В данной курсовой работе мы привели широкий ассортимент керамических материалов и изделий, описали свойства, дающие преимущество материалам, привели сравнительные характеристики свойств изделий, описали методы оценки качества некоторых материалов.