При выборе материалов для каменных сооружений следует помимо прочности обращать самое серьезное внимание на стойкость материалов против атмосферных воздействий. Некоторые здания, кладка которых была возведена из недостаточно морозостойких материалов и в процессе службы подвергалась действию сырости и мороза, в течение 10-15 лет частично или полностью разрушались.
По степени капитальности здания относятся к определенному классу сооружения. По ОСТ/ВКС 4534 установлены в зависимости от срока службы 4 класса сооружений и сверх этого группа сооружений вне класса. Эти сведения даны в таблице на рис. 1.
Надо отметить, что недостаточно дифференцированы сооружения III класса, который обнимает весьма различные по капитальности сооружения, например глинобитные и землебитные бараки со сроком службы 10-20 лет и 2-3-этажные здания из легкобетонных камней со сроком службы до 40 лет. Очевидно, к этим типам сооружений могут и должны быть предъявлены различные требования. Поэтому целесообразно разбить этот класс на 3 подкласса: IIIa - со сроком службы 30-40 лет, IIIб - со сроком службы 20-30 лет и IIIв - со сроком службы 10-20 лет.
Основным методом оценки долговечности является испытание на морозостойкость строительных материалов в состоянии полного насыщения водой. Недостаточно морозостойкие каменные материалы со слабой структурой разрушаются вследствие расширения замерзшей воды в горах и капиллярах. В первую очередь происходят выкрашивание углов и ребер и появление трещин, а в дальнейшем и полное разрушение материала и обращение его в бесформенную массу. Для полной оценки морозостойкости каменного материала требуется замораживание его до температуры -17° и ниже, так как только при такой температуре вода замерзает в самых малых капиллярах.
Рис. 1. Классы сооружений по степени капитальности
Методы определения морозостойкости строительных материалов
Для определения морозостойкости строительных материалов каменного типа, из них выпиливаются кубики. Кирпич и другие искусственные каменные материалы испытываются или в образцах нормальных размеров для данного материала или же из них также выпиливаются кубики.
Выпиленные из материала кубики или образцы нормальных размеров для данного материала, например кирпич, насыщаются водой и подвергаются последовательному замораживанию при -17° и оттаиванию в воде с температурой +10-20°. Материал считается удовлетворяющим требованию морозостойкости, если ни один из испытанных образцов после установленного количества замораживаний и оттаиваний не обнаруживает признаков разрушения в виде появления трещин или выкрашивания ребер и углов. Следует учесть, что материал подвергается испытанию в значительно более жестких условиях по сравнению с действительной его службой в сооружении, где он не имеет обычно полного насыщения водой. Но эти условия должны заменить действие многократности замораживания при меньшем насыщении в течение длительного периода эксплуатации сооружения.
Требования, предъявляемые к строительным материалам в отношении морозостойкости приведены в таблице, и зависят от срока службы сооружения, от защиты основного материала облицовками и от условий влажности (рис. 2).
Рис. 2. Требуемая морозостойкость (количество замораживаний) каменных строительных материалов в зависимости от срока службы и класса сооружений (для наружных элементов сооружений)
В особо неблагоприятных условиях находятся цоколи зданий на высоту примерно до 40 см от тротуара, а при высоком расположении гидроизоляционного слоя - и выше (до уровня изоляции).
Для кладки наружных стен и цоколей, защищенной каменными облицовками из достаточно морозостойких материалов, требования морозостойкости во всех случаях, где требуется более 15 замораживаний, могут быть снижены до 15 замораживаний.
Морозостойкость некоторых строительных материалов зависит от срока службы, например силикатный кирпич, с течением времени повышают свою морозостойкость. Поэтому для сооружений II класса с нормальной влажностью требования морозостойкости для силикатного кирпича могут быть снижены до 10 замораживаний.
Рассмотрим вопрос о влиянии климатических условий на требования морозостойкости. Уровень зимних температур не имеет существенного значения. В северных районах мы имеем более низкие температуры зимой, вызывающие замерзание влаги в мелких порах. Зато в южных районах мы имеем более частую смену морозов и оттепелей. И только для районов с расчетной зимней температурой - 5° и выше требования морозостойкости могут быть снижены.
Очень большое значение для морозостойкости строительных материалов имеет степень влажности климата, от которой зависит процент насыщения влагой наружных стеновых материалов к зиме. Известно например, что в условиях сухого климата Средней Азии успешно применяется в капитальных сооружениях слабообожженный кирпич и даже сырец - материал мало морозостойкий. Эти материалы на практике в условиях сухого климата показали достаточную долговечность, несмотря на очень низкие зимние температуры. Для таких климатических условий требования морозостойкости могут быть также снижены. При оценке морозостойкости материалов следует учитывать опыт прошлого строительства. Если определенные материалы зарекомендовали себя в конкретных условиях данного района как достаточно морозостойкие, испытания их на морозостойкость не требуется.
Следует отметить, что удовлетворительные результаты испытания на морозостойкость строительных материалов еще не гарантируют их достаточную стойкость против имеющихся в атмосфере агрессивных для каменных материалов газов, которые заметно ускоряют процесс выветривания камня. Поэтому для облицовочных материалов, применяемых для сооружений I и II классов, обязательна проверка стойкости их также против разрушающего действия имеющихся в воздухе данного города агрессивных для камня газов.
Особое значение морозостойкость имеет для бутового камня в не защищенных гидроизоляцией фундаментах.
Опыт последних лет показал необходимость соблюдения большой осторожности при использовании камня из новых еще не проверенных практикой карьеров. В этих условиях обязательно тщательное исследование морозостойкости камня в различных его пластах. В случае обнаружения в кладке фундаментов недостаточно морозостойкого бута достаточно эффективным способом лечения является надежная гидроизоляция фундамента от сырости после просушки его, если конечно процесс разрушения камня еще не зашел слишком далеко.
При недостаточной стойкости стеновых материалов разрушение начинается в первую очередь в местах, подвергающихся большему увлажнению. Задолго до установленного срока службы здания начинается разрушение материала: выкрашивание углов и кромок, отслоение лещадок, появление трещин. Наружная штукатурка недостаточно защищает материал стены от увлажнения, и поэтому только незначительно повышает морозостойкость материала. Но, с другой стороны, наличие штукатурки создает новые и притом особенно опасные моменты, а именно, при недостаточно морозостойком материале стены в первую очередь ослабляется и нарушается сцепление штукатурки со стеной, следствием чего получаются отслоение штукатурки и ее падение. При этом разрушение штукатурки в первую очередь, так же как и неоштукатуренной кладки, начинается на участках, более других подвергающихся увлажнению. По этим соображениям требования морозостойкости снижены только для облицовок как имеющих специальное крепление анкерами со стеной.
Хотя требования морозостойкости являются основными в оценке пригодности каменного материала для сооружения определенного класса, но они не покрывают всего комплекса требований к материалам для капитальных сооружений. Большое значение имеет устойчивость на поверхности стены штукатурки и отделки. Как правило, стена должна обладать большей жесткостью, чем штукатурка на ней. При несоблюдении этого требования штукатурка дает трещины и отслаивается. Например плотная цементная штукатурка на кладке, сложенной на слабом растворе или на шлаковом растворе, как правило, покрывается сеткой трещин, которые возникают в результате разницы в осадочных и температурных деформациях штукатурки и кладки. Масса искусственного мрамора может наноситься только на кладку на самых прочных растворах. Тщательный подход к выбору марки камней особенно важен для стен из бетонных блоков, которые дают большие усадочные деформации и деформации при изменении влажности камня.
При выборе материалов для того или иного сооружения всесторонний анализ стойкости их производится обычно только для монументальных сооружений вне класса. Для массового же строительства всех классов (до первого включительно) ограничиваются обычно проверкой их морозостойкости и установлением некоторой минимальной марки камня и раствора в зависимости от класса сооружения. Среди общего комплекса свойств камня, от которых зависит стойкость кладки против выветривания, эти две характеристики являются наиболее важными, так как они частично определяют некоторые другие свойства камня.
Требования морозостойкости строительных материалов, изложенные на рис. 2, установлены нормами проектирования каменных конструкций, что же касается требований минимальных прочностей камня и раствора для различных классов сооружений, то они еще не нормированы. На основании опыта строительства могут быть рекомендованы для использования данные, изложенные на рис. 3.
Рис. 3. Рекомендуемые минимальные марки материалов для стен и фундаментов сооружений различных классов
Морозостойкость строительных материалов в значительной мере зависит от вида используемого материала. Применение силикатного, пористого, трепельного и шлакового кирпича и легких шлакобетонных камней ограничивается только стенами зданий с нормальной влажностью. В зданиях с повышенной влажностью применение этих материалов не рекомендуется; их можно применять только в крайнем случае и то под защитой надежной пароизоляции с внутренней стороны. Эти материалы те следует применять вовсе в цоколях ниже изоляционного слоя и в фундаментах. Исключение в отношении возможности применения в цоколях может быть допущено для силикатного кирпича повышенного качества, удовлетворяющего нормах морозостойкости по таблице на рис. 2. Шлакобетон на щебне из тяжелых доменных шлаков и из пробужденного доменного шлака может беспрепятственно применяться как в цоколях, так и в фундаментах.
Красный кирпич в фундаментах при хорошем обжиге кирпича оказывается стойким и долговечным материалом. Наоборот, плохо обожженный кирпич очень быстро размягчается и обращается в глину. Поэтому в фундаменты может быть допущен только хорошо обожженный красный кирпич с тщательной отбраковкой алого кирпича и недожога. При наличии грунтовых вод можно применять только кирпич сильно обожженный - до спекания черепка, приближающийся к так называемому железняку. При условии надежной боковой гидроизоляции требования морозостойкости и минимальной марки кирпича могут быть несколько снижены.
