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(guān)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(shù)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(shù)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(chǔ)上能夠?qū)υ囼灲Y(jié)果進行評定。
有關(guān)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(guān)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(chǔ)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。