Определение морозостойкости керамического кирпича и камня

Керамический кирпич — один из древнейших строительных материалов, технология производства которого совершенствуется до настоящего времени с целью улучшения потребительских свойств, снижения затрат на изготовление, повышения производительности труда, уменьшения выбросов, загрязняющих атмосферу.

Керамические кирпич и камни обладают неорганическими архитектурными возможностями, позволяющими строить здания и сооружения с неповторимой формой, долговечные, а затраты на содержание фасадов самые низкие при оправданной для данных климатических условий архитектуре. Вместе с тем известно достаточно случаев, когда фасады зданий из кирпича разрушаются. Для выявления причин еще в конце 80-х годов был создан ряд государственных комиссий, которые обследовали эти здания и установили, что основной причиной разрушения является переувлажнение стен водой до 18% (при фактической эксплуатационной влажности не более 2%) из-за непродуманной архитектуры, строительных недоработок, неправильно организованных стоков воды и т. д. Однако известны случаи, когда причиной разрушения является низкое качество кирпича, обусловленное нарушением технологии производства и, в первую очередь, наличием дефектов макроструктуры глиняного черепка и недостаточной степенью его спекания.

Для контроля качества керамических стеновых материалов стандартом на эти изделия введен показатель морозостойкости, который определяется числом циклов попеременного замораживания при температуре минус 15—20°С и оттаивания в воде при плюс 15-20°С насыщенных водой изделий. В стандарте, учитывающем климатические условия, где в осенне-зимний период года переход температур через нулевую отметку превышает 100 раз, минимальная морозостойкость лицевых изделий принята не менее 35 циклов, в российском стандарте - 25 циклов.

Испытания на морозостойкость кирпича проводятся в соответствии с ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости». В соответствии с требованиями этого стандарта для проведения испытаний необходима камера морозильная с принудительной вентиляцией и автоматически регулируемой температурой от минус 15 до минус 20°С. Рекомендуемые типы камер и их характеристики приведены в приложении стандарта. Кроме того, объем образцов, загружаемых в камеру, не должен превышать 50% ее полезного объема. Такое требование стандарта к испытательному оборудованию позволяет аттестовывать бытовые морозильники, дооборудовав их вентиляторами. Это приводит к тому, что при испытании одних и тех же керамических изделий в разных испытательных центрах результаты испытаний не совпадают. В последнее время на рынках России и Белоруссии появилось много импортных морозильных камер, оснащенных моноблоками, которые аттестуются и используются как испытательное оборудование. Так, на УП «Минский завод строительных материалов» и ОАО «Керамика» (г. Витебск) аттестованы Госстандартом и используются в качестве испытательного оборудования морозильные камеры объемом 12 м3, оснащенные низкотемпературными моноблоками.

При разработке стандарта на методы испытаний, в частности по керамическому кирпичу, использовались наработки бывших институтов ВНИИ Теплоизоляция (Вильнюс) и ВНИИ Стром (Москва). Такие же морозильные камеры, оснащенные компрессорами АК-ФВ-4 и испарителями настенного типа ИРСН-12,5, установлены и используются более 25 лет научно-исследовательским УП «НИИСМ» (Минск). В 2000 г. на УП «НИИСМ» была смонтирована, аттестована Госстандартом и введена в эксплуатацию новая морозильная камера КХН-8 с низкотемпературным моноблоком VTB-400 (Италия) и программным пультом управления, которая соответствует требованиям ГОСТ 7025. Характеристики морозильных камер приведены в таблице 23.

Сравнительные испытания половинок одного кирпича в различных камерах показали, что морозостойкость, получаемая в камере, оборудованной моноблоком, на 10—20 циклов выше, чем в камере с испарителями настенного типа. Это значит, что неморозостойкий кирпич при испытаниях на морозостойкость в камерах, оснащенных моноблоками, будет иметь морозостойкость не ниже 25 циклов. Последствия от применения такого кирпича в строительстве вполне предсказуемы. Чем же можно объяснить то, что один и тот же кирпич при испытаниях по одной методике, но в разных камерах, соответствующих требованиям стандарта, имеет такую разницу в морозостойкости? Если проанализировать процессы, происходящие в водонасыщенном кирпиче при его замораживании, то можно объяснить причину несогласованности результатов. Так, в соответствии с требованиями ГОСТ 7025 перед испытанием кирпича на морозостойкость его необходимо полностью насытить водой. При замораживании такого кирпича при температуре минус 15—20°С часть воды замерзает в порах с образованием льда. Учитывая, что черепок полностью насыщен практически несжимаемой жидкостью (водой), в структуре глиняного черепка возникает определенное внутреннее давление, связанное с переходом воды из жидкого в твердое состояние с увеличением объема примерно на 9%, что и приводит при многократном повторении к расшатыванию структуры с последующим ее разрушением.

Если керамический черепок недонасыщен водой и имеются свободные поры, то они могут выполнять роль своеобразных компенсаторов, что было установлено ранее проведенными исследованиями, и тем самым снижать внутреннее давление, возникающее при замерзании воды в порах, а следовательно, в меньшей степени расшатывать структуру глиняного черепка. Нет сомнения в том, что водоненасыщенный кирпич (сухой) от воздействия знакопеременных температур разрушаться в такой степени не будет. Таким образом, если принять за основу эту теорию разрушения кирпича, то можно объяснить, что происходит при его замораживании в камерах с настенными испарителями, в камерах, оборудованных моноблоками, исходя из принципа их работы.

Отличительной особенностью камер, оборудованных моноблоками, является то, что теплоноситель (воздух), идущий на охлаждение замораживаемого кирпича, продувается вентилятором через испаритель. Так как в камере находится влажный кирпич, относительная влажность воздуха увеличивается и при продувке его через холодный испаритель вода конденсируется на поверхности испарителя, намерзает и накапливается. Впоследствии это приводит к включению системы оттаивания с выводом воды за пределы камеры. Таким образом, относительная влажность холодного воздуха, циркулирующего в камере, снижается и повышается разность парциального давления паров воды на поверхности кирпича и воздуха. Это приводит к тому, что загруженный в камеру на испытания водонасыщенный кирпич подвергается сушке сублимацией, что не наблюдается в морозильных камерах, оборудованных настенными испарителями. Это подтверждается тем, что масса водонасыщенного кирпича после заморозки в камерах с настенными испарителями почти не меняется, а в камерах с моноблоком снижается на 0,5—1% или на 4,7—8,6% уменьшается содержание воды.

Полученные результаты позволили установить, что при использовании в качестве испытательного оборудования морозильных камер с моноблоками, соответствующих ГОСТ 7025, последние подсушивают кирпич и завышают фактическое значение показателя морозостойкости.

Для объективной оценки морозостойкости керамических кирпича и камней необходимо внести изменение в действующий стандарт в части ужесточения регламентации испытательного оборудования либо внести изменения в методику подготовки образцов кирпича к испытанию.

В УП «НИИСМ» были проведены также исследования по усовершенствованию методики подготовки кирпича к испытаниям на морозостойкость. Для исключения возможности сушки сублимацией кирпич после водонасыщения под вакуумом по методике, разработанной в УП «НИИСМ», был упакован в герметичный полиэтиленовый пакет и испытан в различных типах морозильных камер. Оттаивание кирпича производилось без снятия пакета. Полученные результаты свидетельствуют о том, что существенной разницы в циклах морозостойкости не наблюдается [24].

Таблица 23. Характеристики морозильных камер.