Zkoušky mrazuvzdornosti, Metody zkoušení materiálů na mrazuvzdornost – Zkoušky mrazuvzdornosti a tepelné odolnosti

Mrazuvzdornost je schopnost materiálu ve vodou nasyceném stavu odolávat opakovanému střídavému mrznutí a tání bez viditelných známek destrukce a bez výrazného poklesu pevnosti. Hlavním důvodem destrukce materiálu vlivem nízkých teplot je expanze vody vyplňující póry materiálu během mrznutí. Mrazuvzdornost závisí především na struktuře materiálu: čím vyšší je relativní objem pórů dostupných pro pronikání vody, tím nižší je mrazuvzdornost.

Některé stavební materiály, které přicházejí do styku s vodou a venkovním vzduchem (např. vodní konstrukce, střešní krytiny, stěnové materiály), se postupně zhoršují; destrukce je způsobena úplným nasycením materiálu vodou, která při teplotách pod bodem mrazu v pórech mrzne a zvětšuje svůj objem přibližně o 9 %. Led, který se tvoří v pórech materiálu, tlačí na stěny pórů a může je částečně zničit, v důsledku čehož se snižuje pevnost materiálu; tomu napomáhá i pohyb (migrace) vlhkosti póry.

Husté materiály (bez pórů nebo s mírně otevřenou pórovitostí), které absorbují velmi málo vody, jsou mrazuvzdorné; porézní materiály mají uspokojivou mrazuvzdornost pouze tehdy, pokud voda prakticky vyplní až 80-85 % dostupných pórů. Aby byl materiál mrazuvzdorný, musí být jeho koeficient změkčení alespoň 0,75, protože nečistoty z nasáknutí mají negativní vliv na mrazuvzdornost.

Materiály se testují na mrazuvzdornost v chladicích komorách. Zkouška spočívá v několikanásobném (10 až 200násobném, v závislosti na provozních podmínkách konstrukcí) zmrazení vzorku nasyceného vodou s rozmrazením ve vodě při pokojové teplotě po každém zmrazení. Teplota mrazení musí být nižší než minus 17 °C, protože v nejjemnějších pórech (kapilárách) přítomných v některých stavebních materiálech voda mrzne pouze při stanovené teplotě. Materiály, které po stanoveném počtu cyklů zmrazování a rozmrazování nevykazují odlupování, praskliny nebo delaminaci a neztrácejí na hmotnosti více než 5 %, se považují za mrazuvzdorné. Pevnost vzorků podrobených zkoušce mrazuvzdornosti se nesmí ve srovnání s pevností kontrolních vzorků, které nebyly zkoušeny, snížit o více než 25 %.

Podle počtu cyklů zmrazování a rozmrazování, které materiály odolávají, se rozlišují tyto jakosti materiálů: Mrz 10, Mrz 15, Mrz 25, Mrz 35, Mrz 50, Mrz 100, Mrz 150 a Mrz 200.

Pokud je nutné provést zrychlenou zkoušku mrazuvzdornosti materiálu, pak se vzorky místo zmrazování ponoří do nasyceného roztoku síranu sodného Na2SO4 * 10H2O a po úplném nasycení se suší při 105 °C. Úplné nasycení vzorku lze posoudit podle zastavení růstu hmotnosti vzorku. Krystaly síranu sodného vytvořené v pórech testovaného materiálu tlačí na stěny pórů silněji než mrznoucí voda, tj. tato zkouška je náročnější než výše popsaná. Pokud ji materiál nevydrží, je nutné provést zkoušku mrazuvzdornosti v chladicích komorách s materiálem nasyceným vodou.

Odolnost proti mrazu hraje také rozhodující roli v životnosti přírodních kamenných materiálů., při posuzování trvanlivosti kamene se obvykle používají ukazatele mrazuvzdornostiPodle GOST 9479-84 musí být všechny druhy dřeva určené pro použití ve vnějších obkladech testovány na mrazuvzdornost.

Mrazuvzdornost kamene se stanoví pomocí krychlových vzorků s hranou 40-50 mm nebo válců o průměru a výšce 40-50 mm. Nejprve se vzorky uchovávají ve vodě o teplotě 48 °C po dobu 20 hodin, poté se umístí do chladicí komory, přičemž se teplota upraví na -17-25 °C (doba uchovávání je 4 hodiny). Poté se zmrazené vzorky umístí do vody o teplotě 20 °C a uchovávají se při této teplotě až do úplného rozmrazení, nejméně však 2 hodiny. Po 15, 25 a 50 cyklech zmrazování a rozmrazování se 5 vzorků testuje na stlačení.

Ztráta pevnosti D (%) vzorků se vypočítá pomocí vzorce

? = (Rсж – R»сж) / Rсж 100,

kde Rсж a R»сж jsou aritmetické průměry meze pevnosti v tlaku pěti vzorků ve stavu nasyceném vodou a po zkoušce mrazuvzdornosti v MPa.

Pokud průměrná hodnota ztráty pevnosti pěti vzorků v tlaku po střídavém zmrazování a rozmrazování nepřesáhne 20 % po stanovený počet cyklů (tabulka 3 GOST 9479-84), pak hornina splňuje odpovídající stupeň mrazuvzdornosti. Pokud ztráta pevnosti přesáhne 20 %, testovaný kámen odpovídající stupeň mrazuvzdornosti nesplňuje.

Metodika zkoušení materiálů na mrazuvzdornost

Metodu testování materiálů na mrazuvzdornost poprvé navrhl v roce 1886 ruský vědec N. A. Beleljubský, který založil první laboratoř stavebních materiálů v Rusku.

Současná norma stanoví pro kámen používaný k obkladům vnějšího povrchu následující minimální mrazuvzdornost: žuly a podobné vyvřelé horniny, křemence a ruly – 50 cyklů; mramory, mramorované vápence, porézní čediče, pískovce, husté dolomity, travertiny, porézní vápence a sopečné tufy – 25 cyklů; felsické tufy a mušlové vápence – 15 cyklů.

Vhodnost vyvřelé horniny pro výrobu obkladových materiálů používaných v konstrukcích, které přicházejí do styku se zemí (sokly, parapety atd.) v souladu s výše uvedenou normou se posuzuje zkoušením vzorků v roztoku síranu sodného. Vzorky vysušené na konstantní hmotnost se umístí do roztoku síranu sodného a ponechají se v něm 20 hodin při pokojové teplotě, poté se na 4 hodiny přenesou do sušárny, kde se udržuje teplota 105–110 °C. Poté se vzorky ochladí na pokojovou teplotu, znovu se naplní roztokem síranu sodného, ponechají se 4 hodiny a znovu se na 4 hodiny umístí do elektrické sušárny. Operace se opakuje v uvedeném pořadí požadovaný početkrát. Po 5 a 10 cyklech střídavého namáčení v roztoku a sušení v elektrické skříni se vzorky promyjí horkou vodou k odstranění síranu sodného, vysuší se na konstantní hmotnost a jejich hmotnost se stanoví vážením na váhové nebo číselníkové váze.

Úbytek vzorků v hmotnosti Am (%) se vypočítá pomocí vzorce

?m = (m1 — m2) / m1 100,

kde m1 a m2 jsou hmotnosti vzorku před zkouškou a hmotnosti vzorku vysušeného na konstantní hmotnost po zkoušce, kg.

Úbytek hmotnosti vzorků by neměl po 5 zkušebních cyklech překročit 10 %.