Процессы, происходящие в стеновых материалах

Как известно, строительные материалы представляют собой пористо-капиллярные тела. Благодаря пористому строению материалов возможно при толщине стен, принятой в зависимости от климатических условий, обеспечить требуемые теплозащитные свойства их и создать необходимый температурно-влажностный режим зданий.

Под влиянием атмосферных воздействий и условий эксплуа­тации стеновые материалы подвергаются большему или меньше­му увлажнению. В зимний период вода в порах материала за­мерзает. Совместное действие воды и льда может привести к разрушению материала стен. Долговечность зданий и сооруже­ний зависит от устойчивости строительного материала к атмос­ферным воздействиям.

Основной причиной разрушения как природных, так и искус­ственных камней, используемых для кладки стен, является за­мерзание воды в порах материала, связанное, как известно, с увеличением ее объема на 9%. Вследствие этого в материале могут возникать значительные напряжения.

В том случае, когда эти напряжения превосходят предел проч­ности материала, последний подвергается разрушению.

При испытаниях на морозостойкость одни изделия выдержи­вают без всяких следов разрушений предусмотренное стандартами многократное попеременное заморажи­вание и оттаивание, а другие разрушаются уже после одно- или двухкратного замораживания.

При этом изделия с большей механической прочностью часто оказываются менее морозостойкими (выдерживают меньшее ко­личество циклов), чем изделия с меньшей прочностью. Очевидно, что напряжения, возникающие в морозостойком изделии меньше, чем напряжения, развиваемые при замерзании воды в порах неморозостойких изделий.

Для того чтобы лучше представить себе весь этот комплекс, необходимо прежде всего выяснить, какие процессы происходят в стеновом материале при его увлажнении и под влиянием отри­цательных температур.
Стеновые материалы имеют разнообразную и сложную струк­туру пор. Независимо от вида и природы материала (бетонные, силикатные, керамические) в нем всегда содержатся поры раз­личных размеров. Диаметры крупных пор измеряются сотнями микронов и даже миллиметрами, и наряду с ними имеются поры, по своим размерам не превышающие сотых и тысячных долей микрона.

Пористое строение строительных материалов создается ча­стицами заполнителя, цементируемыми связкой в процессе есте­ственного твердения или при специальной термообработке. В за­висимости от вида материала связкой в них служит вяжущее вещество-цемент, известь или глина. Термообработка бетон­ных изделий на основе цемента осуществляется чаще всего пропариванием, силикатных изделий — автоклавной обработкой, а керамических — путем обжига.

Крупность пор и распределение их по размерам в материале готового изделия зависят от сырьевых факторов, состава шихты и технологии изготовления. Не останавливаясь сейчас па этом подробно, заметим лишь, что решающее влияние на формирова­ние структуры пор во всех видах стеновых материалов оказывают гранулометрический состав заполнителя, количество связки, со­держание влаги в сырьевой смеси, способы формования изделий и условия их термической обработки.

Большое влияние на структуру пор оказывают специальные добавки. К ним, в частности, относятся так называемые топлив­ные или выгорающие добавки, вводимые в шихту при производ­стве строительной керамики.

Во всех стеновых материалах независимо от их вида и тех­нологии изготовления поры отличаются разнообразием формы и размеров, а образуемые ими поровые каналы — капилляры — имеют переменное по длине сечение.

Имеете с тем, все поры разнообразных форм и очертаний, имеющиеся в строительных материалах, могут быть подразделе­ны на закрытые (замкнутые), открытые каналообразующие и тупиковые.
Закрытые поры изолированы от открытых, не сообщаются между собой и с окружающей средой. Поры этой группы непроницаемы для газов и жидкостей и потому являются безопасными Более того, можно сказать, что замкнутые поры являются по­лезными в отношении морозостойкости изделий.

Открытые каналообразующие и тупиковые поры доступны для воды. Насыщение их происходит различно и зависит от се­чения и длины образуемых ими поровых каналов.

Поры капиллярно-пористого тела обычно уподобляют си­стеме цилиндрических капилляров, не сообщающихся между со­бой. Такая модель, которая является грубым приближением, не­обходима для упрощения рассмотрения процессов перемещения влаги в капиллярах.

Система цилиндрических капилляров может быть заменена одним эквивалентным капилляром, диаметр которого постепенно изменяется по длине по закону, определяемому кривой распределения пор по размерам. Такая замена является дальнейшим усовершенствованием модели капиллярно-пористого тела и как бы устанавливает связь между отдельными капиллярами различного диаметра.

Когда имеется система независимых элементарных капилля­ров, то жидкость впитывается в соответствии с капиллярными силами, присущими каждому капилляру. В действительности капилляры связаны между собой и более тонкие капилляры впи­тывают жидкость из широких капилляров, так что скорость дви­жения жидкости во всем теле обусловлена влиянием всех капилляров.

Конечно, на рынке существует огромный выбор стеновых материалов. Каждый сделает выбор в пользу нужного ему материала. Успехов в  выборе!