Внешние воздействия
К первой группе факторов относятся деформации, обусловленные присутствием в порах материала облицовочного слоя влаги и изменением окружающей температуры. Влага может накапливаться из-за сохранения в конструкции исходной технологической влажности, капиллярного подсоса атмосферных осадков, конденсации бытовой влаги, мигрирующей изнутри в холодную зону стены.
В области положительных температур строительные материалы представляют собой трехфазную систему скелет — вода — воздух в смеси с водяным паром. Температурные деформации здесь определяются в основном свойствами скелета материала и изменяются пропорционально температуре. В области отрицательных температур система становится четырехфазной; часть воды переходит в лед, свойства которого резко отличны от свойств воды, что и обусловливает весьма разнообразный характер деформаций промороженного материала. Существует несколько гипотез, согласно которым причинами таких деформаций и вызываемого ими разрушения являются:
гидравлическое давление воды, отжимаемой льдом при его образовании (гипотеза Пауэрса);
различие коэффициентов температурного расширения льда и скелета материала;
увеличение удельного объема воды при переходе в лед. Математическим анализом первой из причин, выполненным О. Е. Власовым [40], установлено, что давление отжимаемой воды, имеющей сообщение с атмосферным воздухом, зависит от диаметра и длины капилляров в структуре материала. Если учесть, что в цементном камне воздушного твердения в возрасте 1 года преобладают поры, то можно убедиться, что даже при длине капилляров, равной 10 см, значительные давления в них перед фронтом промерзания возникнуть не могут.
Более существенное влияние на величину напряжений в строительных материалах оказывает различие коэффициентов температурного расширения льда и скелета материала. Так, по данным О. Е. Власова, величина напряжений в промороженном материале, возникающих по этой причине, составляет от 0,1 до 0,15 МПа-К.
Самые же значительные микронапряжения возникают в порах строительных материалов из-за увеличения удельного объема так называемой защемленной воды при переходе ее в лед, о чем можно судить по приведенному ниже графику зависимости давления в капиллярах от их льдосодержания, равного отношению массы льда к исходной массе воды.
Все сказанное свидетельствует о возникновении в замерзшем бетоне сложного напряженного состояния, степень которого зависит от заполнения пор водой, от количества воды, перешедшей в лед, от размеров капилляров и проницаемости их стенок, от скорости кристаллизации воды и других факторов.
Касаясь способов количественной оценки влияния процессов замораживания на долговечность ограждающих конструкций следует упомянуть о рекомендациях НИИ строительной физики (НИИСФ) по новой методике испытаний на морозостойкость. Ее авторы в качестве недостатка методики действующего стандарта отмечают воздействие температурных напряжений, возникающих в результате теплового удара при переходе от замораживания образцов к их оттаиванию.
Исключить подобные нежелательные воздействия можно создавая определенный температурный режим в морозильной камере путем введения нового параметра — допустимой скорости изменения воздуха при замораживании (понижении температуры в камере от 273 К до нижней температурной границы цикла) и оттаивании (повышении t в камере от 273 К до верхней температурной границы цикла). Для определения допустимой скорости изменения температуры воздуха в морозильной камере и длительности изотермической выдержки образцов лабораторией НИИСФа предложены формулы, по которым рассчитаны кривые.
Предлагается также внести изменения в методику подготовки образцов, а именно: не допускать предварительного их испытания на водопоглощение и высушивание при = 378 К, поскольку такого рода воздействия уже вызывают местные разрушения скелета материала. Для приведения в соответствие степени водона-сыщения образцов, подвергаемых испытаниям на морозостойкость, и контрольных образцов рекомендуется последние хранить в воде в течение времени, равного половине длительности испытаний основных образцов.
Сказанное выше касалось разрушений, вызываемых действием отрицательных температур на влажный материал конструкции или отделочного покрытия. В двухслойных конструкциях — наружных стеновых панелях — причиной разрушений (отслоений) отделочного покрытия часто бывает несоответствие его деформативных свойств свойствам основного материала панели, препятствующее их согласованной работе в конструкции.
С. А. Воробьева в качестве примера такой несогласованности приводит работу облицовки из керамической плитки, выполненной на цементно-песчаном растворе по поверхности затвердевшего бетона. В этих условиях прочность их сцепления составляет всего 0,2-0,5 МПа против 2,2 МПа для облицовки, крепление которой осуществлялось на том же растворе непосредственно в процессе формования стеновых панелей. Слабое сцепление плитки в первом случае объясняется различием усадочных деформаций затвердевшего бетона и свежего раствора и развитием по их контакту усадочных напряжений.
По данным того же автора, различие деформативных свойств отделочного слоя и основного материала конструкции особенно заметно проявляется при приложении к ним нагрузок. Так, неодинаковая жесткость слоя керамической облицовки и бетона конструкции является причиной возникновения эксцентриситета, из-за чего несущая способность панелей с облицовкой снижается на 5-10% по сравнению с панелями-эталонами без облицовки.
В панелях из ячеистого бетона сохранность отделочного слоя в большой мере определяется соответствием величин паропроницаемости слоя и конструктивного материала панели. При несоблюдении этого условия отделочные покрытия наружных стен будут создавать препятствие для удаления бытовой влаги из здания наружу, способствуя скоплению ее в контактной зоне и как следствие- отслоению покрытия, происходящему особенно интенсивно в условиях промерзания материала в этой зоне.
Е. С. Силаенков по результатам натурных наблюдений отмечает, что предельное различие в показаниях паропроницаемости отделочного и конструктивного материалов, обеспечивающее нормальное просушивание стены, должно составлять не более 35-40/о. Этим условиям для ячеистых бетонов с объемной массой = 700 кг/м3 удовлетворяют покрытия не более 1200 кг/м3.
Помимо чисто механического разрушения, воздействие атмосферных факторов на облицовочные и отделочные покрытия фасадов выражается в изменении цвета последних — их потемнении и выцветании. Потемнение является первой ступенью старения отделочного слоя. В результате визуальных и инструментальных наблюдений за состоянием различных камневидных фактур, проведенных Е. И. Дундичем, установлено, что наиболее интенсивно процессы потемнения протекают: в материалах пористого строения в первые три-четыре года эксплуатации, в весенний и осенний периоды, в нижних этажах зданий и на поверхности, чаще смачиваемой «косыми» дождями. Тем же автором установлено, что предельная степень потемнения составляет: для затертой поверхности штукатурки — 29, при обработке под мелкую бучарду — 42, под «шубу» — 50%.
В целом процесс старения наружных отделок характеризует такие показатели, как предельная степень потемнения, степень восприимчивости к загрязнению, величина предельного впитывания влаги, критерий шероховатости фактуры, а также длительность агрессивного и моющего периодов.
