Градиент влажности и градиент температуры

А. В. Лыков обосновал основные соотношения тепло- и влагообмена. Если внутри влажного материала существует градиент влажности и градиент температуры, то влага будет перемещаться как в силу градиента влажности (влагопроводность), так и благодаря градиенту температуры (термовлагопроводность). Оба процесса перемещения влаги (под влиянием градиентов влажности и температуры) при замораживании проходят одновременно.

В числе экспериментальных работ, посвященных изучению миграции воды в природных и искусственных каменных материалах, можно указать работы Б. В. Залесского, Р. Е. Брилинга, А. И. Конопленко и др.

Данные, полученные разными исследователями в лабораторных условиях, показывают, что миграция воды усиливается при увеличении градиента температур, а также под влиянием попеременного многократного замораживания и оттаивания и увеличения длины образца.

Мы стремились приблизить опыты к реальным условиям службы бетона в зоне переменного уровня воды.

Образцами служили растворные и бетонные призмы 5x5x32 см. Для изготовления бетонных призм применяли мелкозернистый щебень с наибольшим размером зерен 10 мм. До испытания образцы выдерживали на воздухе с относительной влажностью 90-100%. Перед испытанием боковые поверхности призм покрывали расплавленным парафином. Подготовленные образцы помещали в ящик, причем нижний конец призмы все время испытания находился в ванночке с водой комнатной температуры (17 и 19°С).

После установки образцов промежутки между ними заполняли сухими опилками. Верхний конец образца замораживали твердой двуокисью углерода, которая помещалась в ванну, расположенную под крышкой ящика.

Замеры температуры воздуха у верхнего конца образцов показывали, что через 1/2-2 ч температура снижается до минус 25-30° С. При этой минимальной температуре образцы выдерживали 4 ч. Затем крышку и ванну с охлаждающим агентом убирали, и верхние концы образцов оттаивали на воздухе при 17 и 19°С. Только в одном случае (при испытании образцов из цемента К-Ю) вместо твердой двуокиси углерода применили охлаждающую смесь из льда и поваренной соли (состав 1:2 по весу). При этом температура у верхнего конца образцов была минус 12-14°С.

После того как верхние части образцов проходили заданное число циклов замораживания и оттаивания, определяли весовым способом распределение влаги по высоте призм. По окончании последнего замораживания образцы вынимали из ящика и тщательно очищали от парафина и разбивали на шесть кусков примерно одинаковой длины. Каждый кусок сразу взвешивали (обозначим этот вес GM). Затем определяли вес куска Gp после выдерживания его в камере влажного хранения на воздухе с относительной влажностью 90-100% до достижения равновесной влажности. Наконец, определяли вес куска G0 после его высушивания при температуре 105-110°С до постоянного веса.

Образцы на цементе Г-10 прошли 20 циклов замораживания; бетонные призмы имели наибольшую влажность в нижнем и верхнем участках. Снизу образцы насыщались путем капиллярного всасывания. Верхняя часть образцов, находившаяся в условиях попеременного замораживания и оттаивания, имела повышенную влажность вследствие миграции влаги к охлаждаемому концу. Данные опыта указывают на необратимый характер миграции влаги при попеременном замораживании и оттаивании, что обусловило ее накопление в порах холодной части призмы.

В образцах из раствора 1:2,28, который соответствовал растворной части бетона, характер распределения влаги по высоте после испытания сохраняется таким же, что и у бетонных образцов.

При испытании образцов из раствора 1:6 миграция влаги к охлаждаемому концу была особенно ясно выражена. После 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания на верхней грани выступила влага, замерзшая в виде линзы.

При выдерживании в камере влажного хранения равновесная влажность бетонных образцов была в среднем около 3,1%, образцов из раствора 1 : 2,28 - около 6,3%, а из раствора 1:6 - около 3%. Здесь, по-видимому, сказалась разница в размерах и характере пор у «жирных» и «тощих» строительных растворов.

При испытании образцов по указанной выше методике прирост влажности (по сравнению с равновесной влажностью) на отдельных участках бетонных образцов и образцов из раствора 1:2,28 был одного порядка - в пределах 0,7 - 2%. В тех же самых условиях испытания прирост влажности образцов из раствора 1:6 был значительно большим и составлял 5,4-7,6%.

Серия образцов из портландцемента прошла 30 циклов. Температура воздуха при охлаждении верхнего конца была минус 12 и 14°С, т. е. условия замораживания были более мягкими, чем в предыдущем опыте.

Однако, как показывают опытные данные, перераспределение влаги происходило и в данном случае. Максимальную влажность в конце испытания имели верхние участки образцов, подвергавшиеся попеременному замораживанию и оттаиванию. После 24 циклов на верхней грани образцов из раствора 1:6 было заметно выделение воды. Образцы данной серии имели большую величину равновесной влажности при выдерживании во влажной комнате, чем образцы из портландцемента Г-10. Различие в способности удерживать гигроскопическую влагу, по-видимому, объясняется строением капиллярных пор цементного камня, на которое оказывает влияние химико-минералогический состав цемента.