Контроль качества арболита.

Средняя плотность и влажность. Средняя плотность арболита раро — величина нормируемая. Ее определение относится к контрольным испытаниям, осуществляемым строительными лабораториями. Значение средней плотности арболита зависит от массы его твердой составляющей (скелета) и массы содержащейся в ней влаги.

Методы определения средней плотности и влажности арболита можно разделить на две группы: установление этих характеристик на образцах и непосредственно в конструкциях. Методы второй группы получили развитие сравнительно недавно, некоторые из них еще недостаточно совершенны, однако их применение весьма перспективно, так как они могут быть использованы при создании автоматических систем контроля качества.

Испытания арболита на образцах. Среднюю плотность арболита определяют испытанием образцов в состоянии естественной влажности или нормированном влажностном состоянии: сухом, воздушно-сухом (стандартном), водонасыщенном.

При установлении средней плотности арболита в состоянии естественной влажности раро образцы испытывают немедленно после их приготовления. В случае отсутствия такой возможности необходимо принимать меры по защите материала от высыхания или увлажнения, помещая образцы в герметическую тару.

Образцы арболита при определении его средней плотности в сухом состоянии р,р« высушивают при 105±5°С до постоянной массы, а в водонасыщенном состоянии раро насыщают водой.

Для определения средней плотности арболита в воздушно-сухом состоянии p°j,6 образцы перед испытанием выдерживают не менее 28 суток в помещении при 20±2СС и относительной влажности воздуха 70± 10%.

Средняя плотность арболита при нормированном влажностном состоянии может быть определена по формуле

Определение средней плотности арболита (ГОСТ 12730.1 — 78). Проводят как на образцах, специально изготовленных из арболитовой смеси, так и на пробах, отобранных непосредственно из изделий. Для определения средней плотности, водопоглоще-ния и других характеристик пористости применяют образцы правильной (но ГОСТ 10180—78 *) или неправильной геометрической формы. Объем образца должен быть не менее 1 дм3.

Каждая серия должна состоять из трех образцов. Значения средней плотности необходимо определять на тех же образцах, что и прочность на сжатие.

Для образцов правильной формы объем вычисляют по данным геометрических измерений с погрешностью до ±1% по методике ГОСТ 10180—78*. Объем образцов неправильной формы устанавливают на предварительно водонасыщенных (более 1 суток) или парафинированных образцах. Для этого в заполненный водой до сливной трубки объемомер осторожно погружают подвешенный на нити образец и, взвешивая слившуюся воду, устанавливают ее объем V,. Если исиытывается водонасыщенный образец, то V=V,, если парафинированный — V = V. — V„ = V. —
Можно определить Vc с помощью гидростатических весов, измеряя массу насыщенного образца в воздухе т и в воде т". Тогда V=(m—т")Рв, для парафинированных образцов V=(m—m") — (тп — пь:)1р„ (где р„ и р„ — плотность соответственно воды и парафина).

Парафинирование производят следующим образом. Высушенный образец нагревают до 60°С и погружают в расплавленный парафин для образования на нем слоя парафина толщиной примерно 1 мм. Если на поверхности образца есть крупные дефекты (поры, трещины и т. д.), то их заделывают парафином с помощью кисточки.

Известно, что сушка при 105±5°С вызывает существенные нарушения структуры арболита, последние могут быть уменьшены в случае сушки при 60"С, поэтому в лабораторных работах иногда сушку образцов производят в эксикаторах над 100%-ной H2SO4 или в вакууме под сухим льдом (твердый С02) при 79°С.

Определение влажности арболита (ГОСТ 12730.2—78). Выполняют на таких же образцах с теми же требованиями по измерениям, что и при установлении средней плотности. Высушивают либо целые образцы, либо дробленые пробы. Усредненная проба должна иметь массу т не менее 200 г. Образцы (пробы) высушивают при 105±5СС до постоянной влажности.

Определение водопоглощения арболита (ГОСТ 12730.3—78, ГОСТ 7025—78). Выполняют на таких же образцах, как и при определении средней плотности. Образцы помещают в сосуд с водой так, чтобы она покрывала их слоем воды высотой примерно 5 см. Температура воды в сосуде должна быть 20±2°С. Измерения массы проводят на обычных или гидростатических ве­сах через каждые сутки до 3 раз, пока прирост массы не станет меньше 0,1% от первоначального ее значения.

Образцы насыщают водой после высушивания нли в естественном состоянии; в последнем случае высушивание проводят после завершения водопоглощения.

Водопоглощение арболита при кипячении (ГОСТ 12730.3—78, ГОСТ 7025- 78) оценивают следующим образом. Сосуд с образцами, находящимися под водой на глубине не менее чем 5 см, нагревают до закипания воды и кипятят в течение 4 ч. После охлаждения образцов до 20±2°С их вынимают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают, затем никл кипячения пов­торяют. Если два последовательных взвешивания дают разницу в массе не более 0,1% массы сухого образца, испытание считают законченным. Расчет проводят по тем же формулам, что и при определении водопоглощения без кипячения.

Водопоглощение арболита но ГОСТ 7025—78 оценивается так же, как и по ГОСТ 12730.3—78 (или в воде с температурой 15...20°С, или насыщением образцов в кипящей воде). Отличие

испытания по методике ГОСТ 12730.3—78 в том, что нормированное время водопоглощения составляет 48 ч. Образцы насыщают водой перед высушиванием. Вода должна покрывать их слоем 2...10 см.

Испытание кипячением отличается тем, что охлаждение образцов до 20...30°С после кипячения производят непрерывно, доливая в сосуд холодную воду.

Определение сорбционной влажности арболита (ГОСТ 12730.2—78). Сорбционную влажность арболита вычисляют по поглощению им воды из воздуха. Образцы арболита массой 50..100 г высушивают до постоянной массы. Перед высушиванием каждый образец раскалывают на 3...4 кусочка. После этого сосуды с образцами помещают в эксикатор над насыщенным раствором соли при 20+2°С. Выбор раствора соли производится в зависимости от заданной относительной влажности воздуха: MgCh ¦ СН20,— при 33,5% Mg(N03)2 6Н20-54,5%; Na2N02 — 66%; NaCl-75,5%; KCl-86,5%; NaHPO, • 12Н20 или KN03-95%; K2S04 —97%; вода —98%. Взвешивание проводят не реже 1 раза в неделю и испытания ведут до постоянной массы. Вычисляют сорбционную влажность по массе w% или по объему wl, по формулам, использованным для определения обычного водопоглощения, при этом индекс <р в обозначениях wut и wif заменяют значением относительной влажности, при котором проводилось испытание.

Десорбцнонную влажность арболита определяют по методике определения oio» с тем отличием, что образцы помещают в эксикатор в состоянии естественной влажности, а высушивание до постоянной массы проводят после ее стабилизации. Согласно временным рекомендациям РИЛЕМ, десорбцнонную влажность (коэффициент влагоотдачи) определяют при относительной влажности воздуха 43±2; 75±2 и 98±2%, для чего используют насыщенные растворы, соответственно КгСОз, NaCI, Ca(SO<)2. Определение прочности арболита на сжатие в образцах. При испытании на сжатие определяют в основном две характеристики арболита: класс по прочности на сжатие образцов-кубов и призменную прочность по данным испытания образцов-призм.

Для определения прочности на сжатие применяют гидравлические прессы (по ГОСТ 8905—82*), которые производятся в двух исполнениях: для испытания стандартных образцов и для образцов, полученных из изделий. Допустимая погрешность прессов при измерении нагрузки должна не превышать ±2% измеряемой нагрузки при пагружении, начиная с 20% Рм»«с диапазона измерения, по быть не ниже 10% наибольшей предельной нагрузки.

Прессы проверяются органами Госстандарта СССР не реже 1 раза в 2 года и ведомствами не реже 1 раза, прессы с манометрическим и торсионным силоизмерением проверяют 2 раза в год (ГОСТ 8.002—86*). Помимо проверки снлоизмерительного оборудования, следят за состоянием других частей испытательного пресса (износ опорной части, трение в сферической опоре, загрязнение масла, погрешности тарировки и т. д.), так как неточное центрирование образцов, например, может явиться причиной значительного разброса показателей и снижения достоверности результатов. Существенное влияние на результаты испытания образцов на сжатие оказывает толщина опорных стальных плит пресса, передающих давление на образец. При малой толщине плита, опирающаяся на шарнир пресса, изгибается, что приводит к снижению прочности арболитового образца.

Выбор прессов производят с учетом следующих основных требований; ожидаемая разрушающая нагрузка должна составлять 0,2...0,8 максимального усилия Р»акс, соответствующего выбранному диапазону измерения; не допускается использовать участки шкалы менее 0,2 Р„акс и испытание силой меньше 10% наибольшей предельной нагрузки пресса.

Образец устанавливают на нижней опорной плите пресса таким образом, чтобы усилие сжатия было параллельно слоям укладки арболнтовой смеси. Образец центрируют, пользуясь нанесенными на опорную плиту рисками или с помощью различного рода приспособлений.

По ГОСТ 10178—85* прочность бетона определяют испытанием кубов или цилиндров различных размеров. Прочность арболита в основном устанавливают при испытании кубов размерами 100ХЮОХ100 мм или 150X150X150 мм.

Установлено, что прочность арболита зависит от влажности, поэтому за его класс принимают предел прочности при сжатии (МПа) контрольных кубов размером 150X150X150 мм, влажностью по массе 15...20%, твердеющих при температуре 20±2°С, относительной влажности воздуха 70+10% и испытанных в возрасте 28 суток. Однако отсутствие научно обоснованных данных че позволяет нормировать Kw- По этой причине в нормативной документации по арболиту его принимают равным 1.

При определении /?Сж за эталонный образец принимают куб с размером ребра 15 см. В случае испытания образцов с размером ребра 10 см масштабный коэффициент а—0,91.

Допускается применять большие значения а, которые устанавливают опытным путем лабораториями заводов (строек) при участии центральных строительных лабораторий или научно-исследовательских институтов и утверждаются главными инженерами этих предприятий (строек). В этом случае а определяют для каждого класса арболита, конкретной испытательной машины и комплекта форм не реже 1 раза в 2 года. Испытывают по восемь серий образцов (на каждый класс) эталонного и неэталонного размеров, изготовленных из одной пробы; средняя плотность в сериях образцов разных размеров не должна отличаться более чем на 2%. Для каждой пары серий вычисляют а, = #сг< Rail а по восьми сериям — средний коэффициент а и его среднеквадратичное отклонение S„. После этого по формуле /=2,83(<х—a)/S* проверяют существенность отличия о от вышеприведенного значения а. Если /^1,4, то отличие признают существенным и используют большие экспериментальные значения а.

Укладку и уплотнение арболитовой смеси в форме производят согласно требованиям, изложенным выше при определении средней плотности арболитовой смеси в уплотненном состоянии.

До проведения испытания значение v неизвестно, его принимают на основании предшествующего опыта. Если после испытания значение v оказывается больше принятого, то п пересчитывают. В случае, когда значение v не превышает принятое, считают, что полученный результат испытания с заданной доверительной вероятностью находится в пределах x±tSyn (здесь S —- среднеквадратичное отклонение; х — среднее значение измеряемой характеристики, полученное при испытании образцов).

Формы для образцов (ГОСТ 22685—77) изготовляют из плотных металлических и неметаллических материалов, не впитывающих, не пропускающих воду (водопоглощение до 1 % но массе) и обеспечивающих требуемую точность изготовления образцов. Материал должен быть стойким к воздействию щелочной среды, к температурному воздействию до 60°С, иметь ai^ =g: 1 - 10~4. Отклонения размеров форм не должны превышать ±1% (но быть не более ±2 мм); непернендикулярность — 0,5 мм на 100 мм длины, неплоскостность внутренних поверхностей—0,3 мм на 100 мм длины; шероховатость опорных поверхностей R„ должна быть не более 2,5 мкм для других поверхностей /?г не должна превышать 80 мкм (но ГОСТ 2789— 73*). Все детали одной и той же формы должны иметь одинаковую маркировку. Контроль форм и образцов проводят не реже 1 раза в 6 месяцев. Своевременно выявить некачественные формы можно при контроле арболитовых образцов. Смазка для форм не должна вступать в химическое взаимодействие с арбо-литовой смесью и арболитом и оставлять следы на его поверхности. Формы заполняют арболнтовой смесью не позже чем через 15 мин после отбора пробы, если программой исследований не предусмотрен другой срок.

Арболитовые образцы могут иметь на 100 мм длины неплоскостность опорных поверхностей кубов (призм) не более 0,05 мм; неперпендикулярность смежных граней — не более 1 мм. Линейные размеры образцов измеряют металлическими линейками (ГОСТ 427—75*) или штангенциркулем (ГОСТ 166—80*) и щупами неперпендикулярность —с помощью щупов и поверочного угольника 90°.

Непосредственно перед испытанием образцы осматривают, измеряют по серединам двух противоположных граней куба (с погрешностью ±1 измеряемого линейного размера) и взвешивают. После этого вычисляют линейные размеры (как среднее арифметическое результатов приведенных измерений) и среднюю плотность по ГОСТ 12730.1—78. Нагрузку па образец подают прерывно с постоянной скоростью 0,6±0,2 МПа/с до разрушения. Усилие сжатия должно быть направлено параллельно слоям укладки арболитовой смеси в форму.

Среднее значение прочности /?сж в серии из двух образцов вычисляют как среднее арифметическое. Если в серии три образца, то определяют размах прочности арболита в данной серии Wa, который сравнивают со средним внутрисерийным размахом w для арболита данного класса, определяемым один раз в год по любым 50 результатам последовательных испытаний: i»c i = Ясж 1 и.« — Re», -«и; _ ю> а = ? и. ,/50. 1—1

Если размах серии не превышает средний более чем в 2 раза. т. е. а>с,г?2ш, то /?сж находят как среднее арифметическое результатов вычислений по трем образцам, в остальных случаях за /?сж принимают прочность среднего по прочности образца (больший и меньший результаты не учитывают. Когда данных для подсчета w нет, /?с* определяют как среднее арифметическое трех результатов при условии, что ни меньший, ни больший результаты не отличаются от среднего более чем на 15%. Если такое отличие есть хотя бы для одного образца, за Rc* принимают результат среднего по прочности образца.

ГОСТ 10180—78* допускает испытание выбуренных (выпиленных) образцов с отклонениями размеров от номинальных большими, чем для сформованных образцов. Эти отклонения должны нормироваться ведомственными нормативами Таких образцов в серии может быть менее трех. При испытаниях усилие должно соответствовать по направлению усилию сжатия в конструкции при эксплуатации.

Методика определения образования высолов на поверхности арболита. Из арболита с максимальным, средним и минимальным количествами химической добавки изготовляют по три образца-близнеца в виде призм размером 100X100X300 или 150Х Х150Х450 мм. После выдерживания при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 70±1% в течение 28 суток образцы погружают торцом в ванны с водой на 3...5 см, причем образцы каждой серии помещают в различные ванны. Наружная поверхность образцов обдувается воздухом с температурой 20...30 "С.

В процессе испытания производится периодический осмотр поверхности призм. Наличие высолов отмечается визуально по появлению выцветов или налету соли. Отсутствие их после 7 суток свидетельствует о возможности применения данного количества добавки в арболите. Появление высолов на поверхности образцов свидетельствует об ее избытке.

Испытание арболита на морозостойкость (ГОСТ 7025—78). Изготовление и подготовку образцов арболита к испытанию на морозостойкость проводят согласно требованиям, изложенным в разделе определения прочности арболита на сжатие.

Испытывают образцы в виде кубов с максимальным размером ребра 150 мм. Испытанию подвергают пять основных образцов, пять контрольных образцов хранят в воздушной среде.

Основные образцы-кубы с размером ребра 150 мм насыщают водой с температурой 15.20"С без предварительного высушивания до постоянной массы. Уровень воды в сосуде должен быть выше верха образцов на 2...10 см. После 48 ч насыщения образцы вынимают из сосуда, обтирают мокрой тканью и взвешивают.

Насыщенные водой образцы ставят в контейнер с зазором между ними не менее 20 мм. Если образцы устанавливают в три ряда но высоте, то между ними помещают прокладки толщиной не менее 20 мм. При большем количестве рядов по высоте образцы укладывают с зазорами между рядами не менее 50 мм. Общий объем загруженных образцов не должен превышать 50% объема морозильной камеры.

Образцы устанавливают в камеру после того, как температура в ней снижается не менее чем до —15"С. До конца замораживания температура в камере должна быть не выше 15СС и не ниже —20 °С.

Продолжительность одного замораживания образцов при установившейся температуре —15°С должна быть не менее 8 ч. После окончания замораживания образцы в контейнерах пол­ностью погружают в сосуд с водой. Температуру воды в сосуде 15...20°С поддерживают в течение всего периода оттаивания образцов. Продолжительность одного оттаивания образцов прини­мается не менее 4 ч.

Морозостойкость арболита оценивают по внешним признакам повреждения, по потерям массы и прочности. Для установления степени повреждения образцов в процессе испытания на морозостойкость их осматривают через каждые пять циклов попеременного замораживания и оттаивания (одно замораживание н последующее оттаивание составляют один цикл).

Арболит считают выдержавшим испытание, если после установленного количества циклов попеременного замораживания и оттаивания образцы-кубы не разрушились и на поверхности их отсутствуют видимые повреждения (разрушение, расслоение, шелушение, сквозные трещины, выкрашивание), при этом потеря прочности испытанных образцов не превышает 25% прочности контрольных образцов, не подвергавшихся испытанию на морозостойкость, а потеря массы не больше 5%. Потеря прочности при сжатии (%) образцов, испытанных на морозостойкость, оп­ределяется как отношение средних арифметических значений предела прочности при сжатии пяти основных и пяти контрольных образцов.

Насыщение водой контрольных образцов должно производиться за 48 ч до испытания их на сжатие. Испытание на сжатие контрольных образцов из арболита производят параллельно с испытанием основных образцов, подвергавшихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Потерю массы образцов (%), испытанных на морозостойкость, оценивают как отношение среднего арифметического значения массы пяти насыщенных водой образцов перед испытанием их на морозостойкость к среднему арифметическому значению массы пяти насыщенных водой образцов после их испытания.

Определение теплопроводности арболита (ГОСТ 7076—87). Теплопроводность X относится к числу основных характеристик арболита. Единица теплопроводности Вт/(м • °С) представляет собой теплопроводность вещества, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м2 устанавливается температурный градиент 1 сС/м.

Определение Л проводят на образцах с размером в плане 250X250 мм и толщиной от 10 до 50 мм. Образцы арболита изготовляют в отдельных формах по той же технологии, что и кон­тролируемые изделия, или вырезают из них.

Испытания выполняют на установках, обеспечивающих стационарное температурное иоле в образце, при температуре поверхностей последнего в широких пределах. До начала испытаний образец должен быть высушен до постоянной массы; стандарт допускает испытание арболита с влажностью, не превышающей гигроскопическую, при температуре поверхностей образца от —30 до +30 "С и перепаде температур не более чем 2 "С на 1 см толщины арболитового образца.

Для определения I испытывают три образца, имеющие ровные, гладкие, плоские и параллельные поверхности. Толщину каждого образца замеряют штангенциркулем с ценой деления не более 0,1 мм и вычисляют как среднее арифметическое значение результатов измерений в четырех местах.

Испытания проводят на установке, предусмотренной ГОСТ 7076—87. Для этого образец помещают на тепломер, плотно прижимают верхней термостатированной плиткой и закрывают теплоизолирующим кожухом. В арболитовом образце создают направленный сверху вниз (с целью исключить влияние конвекции) поток теплоты.

После того, как температурное поле в образце стабилизируется, т. е. установится стационарный тепловой режим, проводят замеры плотности потока и температур на поверхностях образ­ца, а затем вычисляют значение А.

В начале испытания устанавливают заданные температуры на противоположных поверхностях образца в направлении теплового потока. Получаемая при этом разность температур верх­ней /в и нижней /к поверхностей должна быть близкой к температурному перепаду в реальной конструкции в условиях эксплуатации, но не менее 5 С.

После 2 ч работы установки начинают через каждые 30 мин снимать показания тепломера. Когда три последовательных отсчета не будут отличаться от их среднего арифметического значения более чем на 5%, считают что тепловой поток — стационарный, измеряют показания термопар, и испытание прекращают.

Значение X, Вт/(м • °С), вычисляют по формуле = q6/(t.-t„), где Л — толщина образца, м; q — плотность потока теплоты через образец, Вг/м; q вычисляют умножением градуировочного коэффициента данного тепломера на результат последнего показателя тепломера (электродвижущая сила. мВ).

Значения /„ и /„ находят как среднее арифметическое показаний термопар на соответствующей стороне каждого образца; теплопроводность арболита А всех трех образцов. Значение Я относят к I, которая равна 0,5 (/,—/„). Относительная погрешность данного метода не более 10%.

Установка состоит из двух параллельных горизонтально расположенных металлических термостатированных плит с размером в плане 250X250 мм. На нижней плите расположен тепломер (размер в плане 250X250 мм), между ним и верхней плитой устанавливают испытуемый образец. В установке имеются хро-мель-копелевые термопары для измерения температур на верхней и нижней поверхностях образца (по две на поверхность): две термопары крепят на верхней термостатированной плите с нижней стороны, а другие две — на тепломере путем наклейки слоя паронита толщиной 1 мм.

Тепломер изготовляют из листа паронита толщиной 4 мм, на котором предварительно просверливают 130 отверстий диаметром 1 мм в виде 6 концентрических окружностей диаметрами 20, 40, 60, 80, 100 и 120 мм. Отрезки хромелевой и копелевой проволок диаметром 0,2 мм последовательно соединяют друг с другом таким образом, чтобы спаи располагались поочередно по обе стороны паронитового листа, образуя термобатарею. Затем к свободным концам термобатареи припаивают копелевую проволоку диаметром 0,5 мм, к которой с двух сторон приклеивают паронитовые листы толщиной 2 мм.

Градуировку тепломера проводят на установке, в которой в качестве испытываемого образца помещен эталон размером 250X250X50 мм из материала по ГОСТ 8.140—82, аттестованного в установленном порядке. Показания термопар и тепломера измеряют потенциометром с пределами измерений от 0,1 до 100 мВ при относительной погрешности не более 2,5%.

Специальные методики разработанные автором, для определения адгезионной прочности системы «древесина — цементный камень», развиваемого удельного давления разбухания заполнителя и арболита; /Сет — коэффициента стойкости арболита к влагопеременным воздействиям; К?— коэффициента сохранения прочности при полной усадке арболита и другие приведены в тексте соответствующих глав.