Камень — символ прочности, скала мостовых выдерживает вес танков, не истирается ногами тысяч прохожих каждый день. Щебень и гравий служат основанием для фундаментов дорог, материалом мощных бетонных конструкций, рассчитанных на усилия в сотни тонн. Но со временем самые прочные разновидности рассыпаются без каких-либо видимых усилий, причина — замерзание и оттаивание.
Разрушительный лед
Сама по себе низкая температура не опасна, причиной возникновения усилий, приводящих к разрушению — давление льда замерзающей в порах воды. До 4°С вода сжимается, а затем, достигнув максимальной плотности, начинает расширяться и продолжает это делать, пока не замерзнет. При этом увеличение объема составляет порядка 9 %, а поскольку вода — практически несжимаемое вещество, усилия, возникающие при этом, колоссальны.
- Морозостойкость тем выше, чем порода плотнее. Пористые шлаки, песчаники, туф сопротивляются замораживанию и оттаиванию заметно хуже, чем плотные гравийные щебни.
- На морозоустойчивость влияют механические свойства и упругость. Тонкокристаллические структуры, некоторые виды известняков имеют малое водопоглощение. Но морозостойкость этих пород оказывается ниже, чем марка f300, характерная для аморфных гранитов.
Что касается неравномерности температурных расширений, вызванных неоднородной структурой, их воздействие незначительно даже на крупные фракции гравия.
Мороз и марка
Щебенку подвергают лабораторным испытаниям. Задача — создать условия не просто природные, но максимально возможные по отрицательному воздействию. Для этого продукцию из различных пород и фракций неоднократно замораживают и оттаивают. Количество циклов, которое выдержит образец, называют маркой морозостойкости. Обозначают ее латинской буквой F (от англ. frost — холод). Чем больше цифра, тем выше нормируется щебень по морозоустойчивости.
К примеру, упомянутое ранее сочетание f300 говорит о том, что камень выдержит замораживание и оттаивание минимум триста раз.
Как испытывают камни?
Отбирают наиболее характерные образцы. Если материал состоит из камней разных фракций, каждая проверяется отдельно.
- Их погружают в воду с температурой 20°С, где выдерживают несколько часов до полного насыщения. Затем замораживают и снова оттаивают.
- При каждом испытании осматривают на предмет появления трещин. Но основным показателем является потеря массы первоначальной навески.
- Для f300, к примеру, после трехсотого оттаивания она не должна уменьшиться более чем на 5 %
Минимальное нормативное значение морозостойкости щебня — 15, а наибольший — четыреста циклов. При этом только на однократное «замерз, оттаял» уходит 54 часа, то есть даже на исследование среднего параметра в 150 циклов уйдет около года.
Выход нашли в использовании раствора сернокислого натрия. Образцы по фракциям погружают в жидкость, выдерживают до насыщения, а затем высушивают. При этом в порах появляются кристаллы, создающие усилия в разы большие, чем лед. Для проверки соответствия показателя марки f300 нужно выполнить не триста, а всего 15 циклов.
Раствор сульфата натрия доводят практически до точки насыщения, постепенно добавляя вещество в дистиллированную воду и размешивая. Разделенный по фракциям щебень выдерживают в жидкости 20 часов, после чего реактив сливают для повторного использования, а продукт помещают на 4 часа в сушильный шкаф, после чего процесс повторяют. Марку f300 исследуют не два года, а чуть больше двух недель.
Разумеется, никто не станет проверять даже вагон щебенки или гравия. Испытания делают заранее, а объектом служат образцы, взятые из различных точек в местах планируемых разработок. Определение морозостойкости камня редко выполняется больше, чем несколько раз за весь период разработки. И марка, присвоенная месторождению по результатам исследований, считается нормативным показателем всей продукции, которую тут добывают.
