методика исследования трещиностойкости тонкослойных

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ТОНКОСЛОЙНЫХ
ПОКРЫТИЙ ИЗ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
http://agiostroy.ru/magazine/15.html
В.Ю. Шангин
к.т.н.
Эксплуатация зданий и сооружений, особенно внешний вид фасадов, во многом зависит от стойкости
отделочных материалов, которые в большинстве своем произведены на минеральном связующем.
Отличительной особенностью таких материалов (например, штукатурок, шпаклевок) является то, что их
необходимо наносить равномерными тонкими слоями без специального механического уплотнения по
пористому основанию – кирпичу, бетону и т.п., часто уже имеющему поверхностные трещины. При этом
вопросы удобоукладываемости и трещиностойкости непосредственно взаимосвязаны между собой и в
долговечности тонкослойных покрытий, получаемых из строительных растворов, имеют определяющее
значение. В процессе эксплуатации появление трещин не только портит внешний вид отделки, но, являясь
очагами разрушения, сильно понижает эксплуатационные свойства таких материалов. По трещинам
проникают вода, агрессивные газы и жидкости, а нарушение монолитности защитного слоя ускоряет
разрушение несущих конструкций.
Успешное вытеснение так называемых «товарных» растворов сухими строительными смесями (ССС),
качество которых обеспечивается производителем, позволило сегодня в отделочных работах свести роль
исполнителя до минимума – правильного приготовления готовой смеси на строительной площадке.
Однако, производители при проектировании или подборе составов ССС используют стандартные методы
испытаний, получая прочностные и деформативные характеристики материалов отличные от тех, которые
эти же материалы имеют в натуре. Проведенные (и не только нами) натурные исследования показали, что
прочностные свойства тонкого слоя (3…20 мм) растворной смеси, нанесенного на поверхность основы, не
соответствуют аналогичным параметрам, полученным в результате стандартных испытаний образцов
этого же материала – кубиков 70х70х70 мм и балочек 40х40х160 мм. Сказывается влияние характеристик
покрываемой основы – вид материала: кирпич, бетон, газобетон и т.п., напряженно-деформированное
состояние конструкций: изгиб, внецентренное сжатие и т.д., различие при нанесении растворной смеси на
горизонтальные (пол и потолок) или вертикальные поверхности, состояние поверхности основания –
наличие трещин и других дефектов, температурно-влажностные условия при производстве отделочных
работ.
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
К сожалению следует признать, что в подавляющем большинстве лабораторий наших производителей
ССС вообще не проводятся испытания выпускаемых материалов на трещиностойкость. Видимо это
происходит потому, что такие испытания по известным из литературы методикам требуют сложного
оборудования и оснастки, они длительны и трудоемки, а получаемые результаты требуют статистического
подтверждения. На сегодняшний день производственной лаборатории требуется простой и доступный
метод испытания на трещиностойкость выпускаемых на строительный рынок продуктов ССС.
Основной причиной появления трещин считается возникновение деформаций растяжения, превышающих
предельную растяжимость материала. Наиболее простой и доступный метод исследования
трещиностойкости – метод «колец». Базовые испытания производятся на образцах-кольцах,
изготовляемых в цилиндрических формах со стальным сердечником. Обжимая недеформируемый
сердечник вследствие усадки кольца исследуемого раствора, в нем возникают растягивающие
напряжения. Когда величина этих напряжений превысит предел прочности раствора, в кольце появляется
трещина.
На основании проведенных нами многолетних натурных исследований по определению величин
действующих растягивающих усилий в растворных слоях, нанесенных на разные поверхности стен, были
специально рассчитаны размеры форм колец (см. фото 1, 2, 3). Отличительной особенностью этих форм
является соответствие размеров толщины исследуемых слоев натурным, при этом возможно учитывать
специфику покрываемой поверхности основания – вертикальной или горизонтальной плоскостей. Данная
методика позволяет классифицировать трещиностойкость растворного слоя материала в зависимости от
времени появления первой видимой трещины, определяемой смачиванием поверхности исследуемого
образца (см. фото 3). При этом, используя неразрушающий метод, например, ударного импульса по ГОСТ
22690, возможно проследить кинетику набора прочности и классифицировать растворную смесь по ее
«критической прочности» – в момент появления первой трещины. С целью ускорения проведения
испытаний можно проводить увлажнение растворного кольца до полного насыщения водой (определяется
по весу), потом его высушивать в сушильном шкафу до полного высыхания (определяется по весу) – один
цикл испытания. Конец испытания – появление видимой трещины. Таким образом, классифицировать
трещиностойкость материала по количеству циклов попеременного увлажнения и высушивания образцовколец, что соответствует реальным условиям работы фасадных штукатурных слоев.
С целью исследования влияния пористости основания на трещиностойкость наносимых на них тонких
растворных слоев стальной сердечник в формах-кольцах заменялся специально изготовленными ранее
бетонными цилиндрами (см. фото 4) с разной пористостью (определенной методом намачивания),
имитировавшими разные материалы стен. В результате возможно классифицировать трещиностойкость
нанесенного растворного слоя в зависимости от природы покрываемой основы (см фото 5).
Практика показывает – часто нанесение растворной смеси происходит на основание уже имеющее
трещины, например при выравнивании бетонных полов. С целью исследования влияния поверхностных
трещин на стойкость к трещинообразованию тонкослойных покрытий из материалов на основе
минеральных вяжущих в бетонных цилиндрах, имитировавших основание, делалась трещина по тому же
принципу метода «колец». Затем боковая с трещиной поверхность цилиндров (также разной пористости)
покрывалась литым раствором в специальной форме. Такие испытания позволяют подбирать
выравнивающие смеси, покрывающие трещиноватые бетонные полы или сборные плиты перекрытий, а
также осуществлять правильное устройство деформационных швов в зависимости от конкретных условий
производства работ и эксплуатации здания.
Особенно важно выделить то, что, используя представленный метод, можно классифицировать материал
растворного слоя по выдерживаемому им окружному напряжению (растяжение). Для этого исследуемый
материал снимается со стального сердечника в виде «бублика» – полого растворного цилиндра. Далее по
внутренней плоскости цилиндра создается равномерное давление, например, вставляется резиновая
камера и накачивается насосом воздух, при этом давление контролируется манометром. Испытание также
заканчивается при появлении первой видимой трещины (см. фото 6, 7). При обработке результатов
используем упрощенную классическую формулу окружных напряжений:
σφ = Rвн · Pвн/t,
где Rвн – внутренний радиус полого растворного цилиндра,
Pвн – давление по внутренней плоскости цилиндра,
t – толщина слоя исследуемого материала.
Таким образом, на основании представленной методики возможно осуществлять целеноправленное
проектирование трещиностойких тонкослойных покрытий с учетом специфики покрываемой основы,
используя при этом разную природу вводимых компонентов в растворную смесь, а также проводить
улучшение специальных свойств – водостойкости, морозостойкости, огнестойкости, истираемости и т.п.,
при сохранении гарантированного качества материала.