Водопоглощение Кирпича

Водопоглощение - это один из важных показателей качества гиперпрессованного кирпича и является функцией его пористости, которая зависит от зернового состава смеси, ее формовочной влажности, удельного давления при уплотнении. Водопоглощение гиперпрессованного кирпича должно быть не менее 6%.

При насыщении водой прочность гиперпрессованного кирпича снижается по сравнению с его прочностью в воздушно-сухом состоянии так же, как и у других строительных материалов, и это снижение обусловлено теми же причинами.

Гидрофизические свойства кирпича характеризуют условия его хранения и эксплуатации при воздействии влаги и водяных паров, содержащихся в воздухе. Влага, проникающая в кирпич и другие строительные материалы, в отдельных случаях может оказывать благоприятное воздействие на процессы, происходящие в их структуре, например, при твердении гиперпрессованного кирпича. Данный процесс очень актуален в технологии гиперпрессования, когда вначале в производстве применяются станки для кирпича и плитки, а затем камеры тепловлажностной обработки (ТВО). Однако в большинстве случаев вода оказывается одной из основных причин разрушения и ухудшения их теплозащитных и других свойств.

Водопоглощение кирпича - способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Характеризуется количеством воды, которую поглощает сухой материал при полном погружении и выдерживании в воде заданный промежуток времени, отнесённым к массе сухого материала (водопоглощение по массе Wм) или к объёму материала в сухом состоянии (водопоглощение по объёму Wоб). Водопоглощение кирпича по объёму и по массе выражают относительным числом или в процентах и вычисляют по формулам:

Wм=(Мн-Мс)/Мс*100%

Wоб=(Мн-Мс)/(ρв*V)*100%,

где Мс - масса сухого образца, г; Мн - масса образца, насыщенного водой, г; ρв - плотность воды, г/см3; V - объём образца в сухом состоянии, см3.

Водопоглощение кирпича по массе показывает степень увеличения его массы (за счёт поглощенной воды), а водопоглощение по объёму – степень заполнения объёма материала водой. Водопоглощение по массе и по объему характеризует собой предельное состояние, когда кирпич больше не в состоянии поглощать влагу. Термин «водопоглощение» можно обозначить также как способность материала увеличивать свою влажность при контакте с водой.

Отношение между водопоглощением по объёму и по массе численно равно средней плотности материала, т.е. разделив почленно Wоб и Wм, получаем формулу для перехода от одного вида водопоглощения к другому

Wоб=Wм∙ρm

Водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Например, водопоглощение по массе ситаллов и шлакоситаллов составляет 0%, керамического гранита не превышает 0,05%, натурального гранита – 0,02...0,5%, тяжёлого бетона – 3...8%, керамического кирпича – 8...20%, а пористых теплоизоляционных материалов может превышать 100%.

Водопоглощение по объёму является косвенной характеристикой открытой пористости, и поэтому иногда называют кажущейся пористостью. Однако пористость материалов по абсолютному значению всегда выше водопоглощения по объёму, т.к. вода в обычных условиях не заполняет все поры. Водой заполняются только открытые (и то не все) поры, а стенки крупных пор только смачиваются водой. Поэтому водопоглощение по объёму всегда меньше пористости а, следовательно, и меньше 100 %. Водопоглощение плотных материалов (сталь, стекло, битум) равно нулю.

Степень заполнения объёма пор водой характеризуется коэффициентом насыщения, т.е. отношением водопоглощения по объёму к пористости материала:

Кнас=Wоб/П

Если учесть, что водопоглощение по объёму всегда меньше пористости, то всегда Кнас<1,0.

Насыщение кирпича водой отрицательно влияет на его основные свойства:

• увеличиваются плотность кирпича, его теплопроводность, линейные размеры и объём;
• снижаются прочность, водостойкость, морозостойкость.

По величине коэффициента насыщения можно косвенно оценить морозостойкость кирпича. Чем меньше значение коэффициента насыщения, тем выше его морозостойкость. Материалы считаются морозостойкими при Кнас<0,8.

В реальных условиях эксплуатации строительных конструкций кирпич может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении или гигроскопичности. В этом случае состояние кирпича характеризуют влажностью. Следовательно, влажность (влагосодержание) - содержание влаги в материале в данных условиях, отнесённое к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала выражают в процентах и вычисляют по формуле:

W=(Мв-Мс)/Мс*100%

где Мв - масса влажного образца, г; Мс - масса сухого образца, г.

Теоретически влажность строительных материалов может изменяться от нуля, когда материал находится в абсолютно сухом состоянии, до величины, соответствующей полному водопоглощению материала по массе. Однако численное значение влажности, как правило, всегда будет меньше водопоглощения по массе. В естественных же условиях эксплуатации материалы в сооружениях находятся преимущественно в воздушно-сухом состоянии, т.е. при установлении равновесия между влажностью материала и окружающего его воздуха. При этом различают фактическую, нормальную (равновесную) и нормированную влажность.

Влажность нормируется для изделий, используемых в ограждающих конструкциях (ГОСТ 13015). Например, влажность легкого бетона в ограждающих конструкциях не должна превышать 13 % для жилых и 15 % ‒ для производственных зданий, воздушно-сухой древесины – 12...18 %, молотого мела – 5...7 %.

Влага в кирпиче может находиться в различных агрегатных состояниях и иметь различные формы связи с материалом. Различают влагу в кирпиче:

• поверхностную – находящуюся на поверхности материала и в крупных порах;
• капиллярную, которая заполняет капилляры, субкапилляры и мелкие поры материала и удерживается в них капиллярными силами;
• адсорбционную – поглощаемую из воздуха поверхностью частиц строительного материала (зависит от влажности окружающей среды, степени дисперсности материала и адсорбционных свойств);
• гидратную (кристаллическую), которая входит в состав кристаллов, например в гипсовом камне - CaSO4•2H2O (удаление кристаллической влаги приводит к изменению структуры минералов и разрушению кристаллов);
• затворения, набухания и др.

Гигроскопичность кирпича - способность материала поглощать (сорбировать) и конденсировать (адсорбировать) водяные пары из воздуха до установления равновесия и удерживать их вследствие капиллярной конденсации, т.е. изменять свою влажность при изменении влажности воздуха. Характеризуется отношением массы поглощённой материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20°С к массе сухого материала. Гигроскопическая влажность – влажность материала в воздушно-сухом состоянии, т.е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха.

Гигроскопичность зависит от температуры воздуха; его относительной влажности; вида, количества и размера пор, а также от природы вещества. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры (а соответственно и большую поверхность), оказываются более гигроскопичными, чем крупнопористые материалы. Для сыпучих материалов гигроскопичность зависит от их дисперсности. Сам же процесс поглощения влаги называется сорбцией, а материалы, притягивающие своей поверхностью воду (с острым углом смачивания), называют гидрофильными (смачиваемыми). Материалы, отталкивающие воду (с тупым углом смачивания), называют гидрофобными (рис. 1).

Рис. 1. Образцы гидрофобной (пропитанной гидрофобными составами) и гидрофильной (не обработанной) поверхности кирпича

Гигроскопичность и сорбция отрицательно сказываются на качестве кирпича, т.е. вызывают вредные последствия. С увеличением влажности кирпича увеличивается плотность, теплопроводность, уменьшается прочность и т.д. Другие материалы, например цемент, при хранении поглощая влагу, комкуется, теряет активность (прочность). Древесина от влажности разбухает, коробится, трескается и гниёт.

Состояние материала, при котором прекращается увлажнение, называется равновесным, т.е. наступает равновесное состояние сорбции. Снизить гигроскопичность материала можно, если покрыть его поверхность гидрофобными (водоотталкивающими) веществами. Например, древесину покрывают водостойкими лаками, красками и т.д.

С гигроскопичностью связано такое понятие как - капиллярная диффузия (капиллярное всасывание, капиллярность от лат. capillaries – волосяной) - свойство пористо-капиллярных материалов поднимать воду по капиллярам или способность жидкости к течению по узким каналам против сил тяжести. При этом высота подъема воды зависит от размера пор (рис. 2). Характеризуется высотой (уровнем) поднятия воды в капиллярах, количеством поглощенной воды, интенсивностью всасывания и др. Если не приняты меры по гидроизоляции, то это может быть поднятие, например, грунтовой воды по открытым капиллярам на значительную высоту. Теоретически максимальное значение высоты подъема воды в капилляре гидрофильного материала может составлять 15 м при радиусе пор 1 мкм (0,001 мм). Например, кирпич при отсутствии гидроизоляции может вымокнуть на высоту в несколько этажей до самой кровли.

Рис. 2. Примерная схема подъема воды в капиллярах в зависимости от размера пор

Капиллярная диффузия имеет место при частичном заполнении капилляров, когда влага сосредотачивается в наиболее узких местах. При капиллярном всасывании влага перемещается по капиллярам, заполняя все его пространство. Капиллярная диффузия в материалах неорганического происхождения протекает, как правило, более интенсивно, чем в органических материалах.

Влагоотдачей называют свойство кирпича отдавать влагу окружающей среде при соответствующих условиях (нагрев, движение и изменение влажности воздуха и др.). Характеризуется количеством воды в процентах от массы стандартного образца, теряемом материалом в течение 1 сут. при относительной влажности воздуха 60% и температуре 20°С. Скорость влагоотдачи в значительной степени зависит от разности между влажностью материала и относительной влажностью воздуха. Процесс влагоотдачи или высыхания кирпича называется десорбцией. В естественных условиях эксплуатации зданий и сооружений влагоотдача происходит очень медленно, в течение продолжительного времени.

Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью кирпича и влажностью окружающего воздуха, т.е. пока кирпич не достигнет воздушно-сухого состояния. Такое состояние материала тоже называют равновесным, т.е. равновесное состояние десорбции. Однако на практике равновесное состояние сорбции, как правило, меньше, чем десорбции (рис. 3). Например, древесина, стремясь к равновесной влажности, практически её не достигает и фактическая влажность оказывается несколько большей при высыхании и меньшей – при увлажнении.

Рис. 3. Изотермы сорбции и десорбции

Влагоотдача имеет большое значение для стеновых материалов и изделий (в данном случае – это желанная влагоотдача, нежеланная – высыхание твердеющего бетона). В обычных условиях, благодаря влагоотдаче стены и другие конструкции зданий и сооружений высыхают. По мере высыхания у многих материалов восстанавливаются их свойства – прочность, эластичность, теплопроводность и др.

Увлажнение строительных конструкций может происходить при их изготовлении (строительная влага), атмосферными осадками, конденсатом водяных паров из воздуха, утечкой воды из водопроводно-канализационных сетей и капиллярным и электроосмотическим подсосом грунтовой воды. При этом различные виды увлажнения тесно взаимосвязаны и изменение интенсивности одного из них может существенно повлиять на другие:

• капиллярный подсос влаги повышает теплопроводность стен;
• вследствие повышенной теплопроводности происходит охлаждение внутренней поверхности;
• охлаждение внутренней поверхности приводит к увеличению количества конденсата.

Водопроницаемость кирпича - способность пропускать воду под давлением. Для одних материалов в зависимости от назначения характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в единицу времени через 1 м2 поверхности материала при заданном давлении, для других (гидроизоляционных) – время контакта с водой, по истечении которого появляются первые признаки просачивания воды через испытываемый образец под определённым давлением и др. (СТБ ЕН 1928). Для некоторых материалов (например, гидротехнических бетонов) в зависимости от назначения оценкой водопроницаемости служит обратная характеристика – водонепроницаемость. По водонепроницаемости такие бетоны подразделяются на марки (W2, W4...W20). По СТБ ЕН 12390-8 характеристикой водонепроницаемости служит глубина проникновения воды через образец бетона под давлением.

Обозначение W происходит от англ. Watertightness - водонепроницаемость. Численное значение марки выражает максимальное одностороннее гидростатическое давление (кгс/см2 или атм), при котором стандартный образец не пропускает воду в условиях стандартных испытаний или наименьшее давление, при котором вода начинает проникать через образец (ГОСТ 26633).

Водопроницаемость (водонепрницаемость) кирпича зависит от его плотности. Чем больше в кирпиче пор и чем эти поры крупнее, тем больше его водопроницаемость. Среди строительных материалов существуют водонепроницаемые особо плотные - сталь, стекло, битум и др. Материалы с замкнутыми мелкими порами тоже практически водонепроницаемы.