Морозостойкость каменных материалов в основном определяет их долговечность. Каменные и армокаменные конструкции, находящиеся под воздействием атмосферных осадков, постоянно увлажняются; вода, попавшая в поры и трещины камня, замерзает в них при отрицательной температуре и, расширяясь при замерзании (при переходе в лед вода увеличивается в объеме до 9%), стремится разорвать стенки пор. Чем большее количество воды попадает внутрь камня, тем большие в нем возникают внутренние напряжения и тем опаснее становятся отрицательные температуры; вследствие этого более морозостойки, как правило, каменные материалы, плотные и не имеющие трещин, а также такие, поры у которых замкнуты.
Попеременное замерзание и оттаивание воды в камне соответственно меняет его напряженное состояние, что постепенно увеличивает в нем остаточные деформации и в конечном итоге приводит к разрушению.
Процесс превращения воды в лед в порах и волосных трещинах камня проходит значительно медленнее, чем на воздухе при обычных условиях, и требует более низких температур, примерно -10 -12°. Однако даже при очень низких температурах камень не разрушается, если он находится в сухом состоянии; поэтому опасными с точки зрения воздействия на камень отрицательных температур являются условия, при которых он подвергается частому увлажнению. Таким образом, разрушение камня от действия на него отрицательных температур определяется как его свойствами и качеством (количеством и характером пор, наличием трещин, прочностью), так и температурно-влажностными условиями, в которых он находится.
Морозостойкость каменных материалов оценивают количеством циклов попеременного замораживания (при температуре не выше -15°) и оттаивания в насыщенном водой состоянии, которое каменные материалы выдерживают при испытании без разрушения и без явно видимых следов повреждений. Для некоторых каменных материалов оценка их морозостойкости производится еще и по степени потери ими прочности после испытания на морозостойкость.
Установлены степени морозостойкости каменных материалов (определяемые количеством циклов замораживаний): Мрз 10, 15, 25, 35, 50.
К камням для кладки наружных стен, фундаментов и открытых водонасыщаемых конструкций предъявляются определенные требования по морозостойкости (рис. 1). Предъявляются они только к каменным материалам, укладываемым в наружной части конструкций зданий и сооружений (во внешней части стен зданий на глубину примерно 12 см), так как только эта часть находится в условиях действия низких температур, способных вызвать разрушение камня от переменного замораживания; эта же часть каменных конструкций находится в условиях и наиболее интенсивного увлажнения.
Рис. 1. Требуемая морозостойкость (Мрз) камней наружной части каменных конструкций зданий и сооружений и для фундаментов
Требования морозостойкости, указанные на рис. 1, установлены для средних климатических условий России. Для районов с неблагоприятными климатическими условиями побережий (на ширину 100 км) Ледовитого и Тихого океанов требования морозостойкости повышают на одну степень (но не выше Мрз 50) и, наоборот, для районов с благоприятными климатическими условиями нормы морозостойкости снижают на одну степень (но не ниже Мрз 10); для районов с расчетной зимней температурой выше -10° требования морозостойкости к каменным материалам вообще не предъявляют.
При предохранении кладки от увлажнения конструктивными мероприятиями влаги в нее попадает меньше и влияние на кладку отрицательных температур становится менее опасным, что позволяет несколько снизить требования морозостойкости. Так, согласно Строительным нормам и правилам (СНиП) ч. II, количество циклов замораживания может быть снижено на одну степень при защите:
- от увлажнения стен помещений с повышенной влажностью (более 60%) с внутренней стороны пароизоляцией или гидроизоляцией и фундаментов гидроизоляцией;
- наружных стен морозостойкими облицовками толщиной не менее 3,5 см (защитные штукатурки не снижают требований морозостойкости).
Требования по морозостойкости, приведенные на рис. 1, для свежеизготовленного силикатного кирпича в стенах помещений сухих и с нормальной влажностью снижаются на одну степень, поскольку морозостойкость этого кирпича со временем повышается.
Если каменный материал на основании опыта прошлого строительства показал себя достаточно морозостойким в климатических условиях данного района и в аналогичных эксплуатационных условиях, то специальную проверку его морозостойкости испытанием можно не производить.
К камням для перекрытий и кладки внутренних стен и столбов зданий требования испытания морозостойкости не предъявляются.
Некоторые виды камней, например, гипсобетонные или из грунтоматериалов, при намокании сильно размягчаются, что вызывает значительное снижение их прочности и долговечности. Такие камни недопустимы в кладке наружных стен в капитальных зданиях; их можно применять для наружных стен лишь в зданиях ІІІ класса с сухими и с нормальной влажностью помещениями. Особенно жесткие требования предъявляются к водостойкости каменных материалов, применяемых во влажных условиях (для фундаментов и цоколей, стен помещений с повышенной влажностью воздуха и т. п.).
Рис. 2. Минимально допустимые марки камней для кладки наружной части стен и открытых водонасыщаемых конструкций
Водостойкость камней оценивается коэффициентом размягчения: отношением предела прочности камня в насыщенном водой состоянии к пределу прочности его в воздушносухом состоянии.
Бетонные камни со шлаковым заполнителем из бурых углей (содержащим несгоревшие частицы угля) могут терять свою прочность при длительном пребывании в воздушносухих условиях и нормальном температурно-влажностном режиме.
Долговечность и стойкость камней против атмосферных воздействий определяет в некоторой мере их прочность. Исходя из этих соображений, на рис. 2 и 3 приведены минимально допустимые марки камней для кладки наружной части стен и фундаментов в зависимости от условий влажности и класса зданий.
При защите стен влажных и мокрых помещений с внутренней стороны пароизоляционным или гидроизоляционным слоем и при наружной облицовке стен и цоколей плитами толщиной нее 35 мм требуемые минимальные марки снижаются на одну степень.
При защите подземной кладки от увлажнения гидроизоляцией требуемые минимальные марки камня снижаются на одну степень.
Кладка из легкобетонных камней, изготовленных на топливных шлаках, допускается для кладки стен зданий I класса высотой не более 9 этажей при относительной влажности помещений 60% и менее при условии облицовки стен с наружной стороны кладкой из полнотелого кирпича на толщину не менее 12 см.
Рис. 3.Минимально допускаемые марки камней для подземной кладки и кладки цоколей ниже гидроизоляционного слоя
