Офіційна Facebook сторінка ВААГ
Керамічна цегла під час експлуатації часто зазнає сильного зволоження, що через її капілярно-пористу структуру може суттєво знизити міцність матеріалу. Метою цього дослідження було визначити, як короткочасне та тривале насичення чистою водою впливає на механічні властивості — міцність на стиск і поверхневу твердість — двох типів цегли: історичної (1880-х років) та сучасної, виготовлених у Кракові з різницею у 120 років. Випробування матеріалів із відмінним фазовим складом і пористістю дозволили змоделювати наслідки періодичних повеней та постійного впливу вологи на будівельні конструкції.
Головною особливістю історичної цегли була її неоднорідність: поруч із добре гомогенізованими ділянками траплялися зони з чіткими шарами неперемішаної сировини, пори діаметром до кількох міліметрів та включення нездрібнених компонентів (піску, гравію, цегляного бою) розміром від 2 до 10 мм. Сучасна цегла відрізнялася значно кращою гомогенізацією сировини та рівномірністю за всім об'ємом, а розмір включень у ній зазвичай не перевищував 1 мм. Мікроструктурний аналіз за допомогою скануючого електронного мікроскопа Zeiss EVO 10 показав, що алюмосилікати (основний компонент обох матеріалів) мають різну морфологію. У сучасній цеглі мінерали були більш дрібнокристалічними, що пов'язано зі складом сировини, температурою та часом випалу. Замість кварцового піску чи цегляного бою, які виявили в історичній цеглі як заповнювач, у сучасне виробництво часто додають дрібнозернисту золу-винесення. Її наявність підтвердили виявлені сферичні форми; вона ущільнює текстуру сучасної кераміки та зменшує кількість великих включень. В історичній цеглі також зафіксували неоднорідність і порушення суцільності матеріалу у вигляді тріщин.
Густина твердої фази обох типів цегли майже однакова, проте об'ємна густина відрізняється через різну пористість. Загальна, відкрита та особливо закрита пористість є вищими у сучасної цегли через закриті сферичні частинки у складі золи-винесення. Водопоглинання зразків за допомогою капілярного підняття та занурення показало, що обидва матеріали досягають повного насичення, причому водопоглинання історичної цегли є помітно нижчим, ніж сучасної.
Для випробувань випадковим чином відібрали по 12 історичних і сучасних цеглин, з яких вирізали кубічні зразки для тестування у сухому, короткочасно (1 місяць) та тривало (6 місяців) водонасиченому станах. На основі результатів оцінили вплив часу замочування на механічні властивості (міцність на стиск та зусилля вдавлювання кульки), розрахувавши коефіцієнти зниження міцності та твердості як відношення показників у водонасиченому стані до значень у сухому стані.
Міцність на стиск керамічної цегли залежить від однорідності розподілу компонентів, структури пор, наявності включень, тріщин та мікродефектів, що визначається типом сировини й технологією виробництва. Випробувані зразки суттєво відрізнялися: історична цегла тривалий час піддавалася впливу довкілля та навантаженням у стіні будівлі 1880-х років, тоді як сучасна цегла до тестів не експлуатувалася.
Дослідження показали, що за короткочасного водонасичення міцність на стиск обох типів цегли знизилася приблизно на 10% порівняно із сухим станом. При тривалому насиченні (6 місяців) міцність історичної цегли більше практично не знижувалася, натомість у сучасної цегли вона впала на 21%. Це пояснюється високим вмістом у сучасній цеглі золи-винесення, яка за низьких температур випалу могла не спікатися, а діяти як заповнювач; крім того, спектроскопічні дослідження виявили у сучасній цеглі вимивання гіпсу та руйнування кремній-кисневих зв'язків під дією води.
Також для обох матеріалів зафіксовано вимивання іонів із керамічної структури та зниження тертя між берегами мікротріщин під тиском, оскільки вода діє як змазка. Твердість сухої історичної цегли була на 13% вищою за сучасну через її значно меншу пористість. Короткочасне водонасичення призвело до порівнянного зниження твердості (на 14% для історичної та 15% для сучасної), а тривале — до ще більшого падіння (для сучасної — близько 30%). Суттєвіше зниження твердості порівняно з міцністю на стиск пояснюється тим, що випробування на твердість проводяться на поверхні зразків, де інтенсивність спричинених водою деструктивних процесів є найвищою.
У практичних умовах сильне зволоження цегли та відповідне зниження її міцності на стиск (на 10–21%) безпосередньо зменшують міцність стіни, що необхідно враховувати при оцінюванні несучої здатності й довговічності конструкцій.
З повним текстом публікації можна ознайомитись за посиланням.