天然石材的抗凍性

結(jié)冰現(xiàn)象

結(jié)冰時巖石的性狀出現(xiàn)一系列變化，對這些變化，至今仍舊沒有一個很明確的科學解釋。

但是，結(jié)冰的后果卻非常明顯，可導致石材較嚴重的解體，因水結(jié)成冰，體積增加9%，因而加大了石材微孔中的壓力。

但是這一說法也許過于簡單。需要進行更加深入的分析，才能夠?qū)@一現(xiàn)象有一個全面的認識。

即對以下方面進行分析：

巖石中有與外界相通的微孔，因此可充滿水；而另外一些則與外界隔絕，里面充滿空氣。

這些與外界隔絕的微孔越是比與外界相通的微孔大，冰的作用當然也就越大。這種關系即所謂的“飽和系數(shù)”。

如果“飽和系數(shù)”值大于95%，便構(gòu)成一個危險的因素。

結(jié)冰所造成的損壞在很大程度上取決于巖石的微孔結(jié)構(gòu)。一般來說，微孔越小，結(jié)冰所產(chǎn)生的影響也就越大。

有些學者還考慮到，在某些壓力條件下，微孔內(nèi)冰碴增長的理論，而壓力又會因毛吸現(xiàn)象而加大。時間長了，還會引起更嚴重的損壞。

隨著時間的推移，結(jié)冰會導致石材的老化，這表現(xiàn)為質(zhì)量的減少、聚合力的喪失，以及機械抗力的下降，最終導致石材破裂。

目前，確定一種石材是否易結(jié)冰，人們經(jīng)常把吸水性作為一個技術標準，但吸水性不是唯一的標準，正如有些標準所規(guī)定的。

通過使用汞測量微孔的技術對微孔結(jié)構(gòu)進行研究，在修復及調(diào)查工作中是一件非常有用的工具。

總而言之，結(jié)冰在石材中引起的變化是非常復雜的，遠非通過一個吸水試驗就機械地把石材分類為易結(jié)冰或不易結(jié)冰那樣簡單，就象有時所使用的標準中所規(guī)定的那樣。

方法

通過所謂的結(jié)冰試驗來測定石材在結(jié)冰時的性狀是非常普遍的方法。這些試驗方法為，讓石材在－15℃的環(huán)境中結(jié)冰，之后在20℃的水中解凍。如此反復幾次。

總之，在實驗室中模仿自然界中的惡劣條件。

根據(jù)官方氣象站的資料，我們可以獲得三十年來每天的氣溫變化圖，因而得出在統(tǒng)計方面具有代表性的、－5℃以下氣溫的年平均值，即所謂的結(jié)冰系數(shù)。

Ig = Σt (－5℃)

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這樣表示的結(jié)冰系數(shù)代表某個地點一年中結(jié)冰所造成的損壞（Dh）。

如果希望石材在一項工程中有n年的壽命，這期間結(jié)冰所造成的損壞為：

Dh = Ig. n

另外，在實驗室中，氣溫在一個－15℃的周期所造成的損壞為：

Dl = 15

這意味著，如果想求出和石材使用地點相同的冰損（即結(jié)冰所造成的損 壞），應為：

N . D1 = Ig . n

這里的N代表試驗周期數(shù)。

總之，能夠得出以下公式：

N = Ig . n

15

這便是我們應該向?qū)嶒炇姨峁┑馁Y料，以便在此基礎上能夠?qū)υ囼灲Y(jié)果進行評定。

有關進行結(jié)冰試驗的歐洲標準沒有規(guī)定應該進行幾個周期的試驗，而是讓材料負責人自行決定試驗周期。

我們認為，這是一個非常有效的方法，因符合實際情況，而且得到充分印證。

有關結(jié)冰的UNE現(xiàn)行標準規(guī)定進行具有上述特點的25個周期試驗，之后對試驗結(jié)果進行評定，以確定喪失多少質(zhì)量以及試塊對壓力抗力的減少程度。

不管上述試驗的評定標準如何，首先出現(xiàn)的疑問是，為什么不多不少恰好是25個周期？

由此產(chǎn)生了發(fā)展一個新概念的想法，如結(jié)冰所造成的損壞（Dh）。

結(jié)冰所造成的損壞可以這樣來解釋，即在一段特定時間（T）內(nèi)，低于－5℃氣溫的總和（t），或者說，氣溫低于零度的時間之積。

由于函數(shù)t = f(T)是未知的，可用每天氣溫的總和求出一個平均數(shù)。

即，結(jié)冰所造成的損壞可用以下方式來表達：

Dh = Σt (－5℃)

如果知道Dh值，根據(jù)結(jié)冰-解凍這一試驗周期的特點，便能夠在實驗室中再現(xiàn)結(jié)冰所造成的損壞，由此解決所提出的疑問。

評定

進行了石材使用地及使用年限所要求的周期試驗后，就應該對試驗結(jié)果進行評定了。

為此，可以有不同的方法：

試塊體積減少大于1%即視為損壞。

對彎曲的抗力下降大于30%即視為損壞。

在一個初始數(shù)值的基礎上，共振頻率或動力彈性模數(shù)減少一定的百分比，也視為損壞。

這最后一種方法不是非常值得推薦的，特別是當巖石上有很大的洞孔、裂縫或質(zhì)地不均時。