天然石材的抗凍性

結冰現象

結冰時巖石的性狀出現一系列變化，對這些變化，至今仍舊沒有一個很明確的科學解釋。

但是，結冰的后果卻非常明顯，可導致石材較嚴重的解體，因水結成冰，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，才能夠對這一現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”。

如果“飽和系數”值大于95%，便構成一個危險的因素。

結冰所造成的損壞在很大程度上取決于巖石的微孔結構。一般來說，微孔越小，結冰所產生的影響也就越大。

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

隨著時間的推移，結冰會導致石材的老化，這表現為質量的減少、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冰，人們經常把吸水性作為一個技術標準，但吸水性不是唯一的標準，正如有些標準所規定的。

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

總而言之，結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冰或不易結冰那樣簡單，就象有時所使用的標準中所規定的那樣。

方法

通過所謂的結冰試驗來測定石材在結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℃的環境中結冰，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，因而得出在統計方面具有代表性的、－5℃以下氣溫的年平均值，即所謂的結冰系數。

Ig = Σt (－5℃)

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這樣表示的結冰系數代表某個地點一年中結冰所造成的損壞（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（即結冰所造成的損 壞），應為：

N . D1 = Ig . n

這里的N代表試驗周期數。

總之，能夠得出以下公式：

N = Ig . n

15

這便是我們應該向實驗室提供的資料，以便在此基礎上能夠對試驗結果進行評定。

有關進行結冰試驗的歐洲標準沒有規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。

有關結冰的UNE現行標準規定進行具有上述特點的25個周期試驗，之后對試驗結果進行評定，以確定喪失多少質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，首先出現的疑問是，為什么不多不少恰好是25個周期？

由此產生了發展一個新概念的想法，如結冰所造成的損壞（Dh）。

結冰所造成的損壞可以這樣來解釋，即在一段特定時間（T）內，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t = f(T)是未知的，可用每天氣溫的總和求出一個平均數。

即，結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，根據結冰-解凍這一試驗周期的特點，便能夠在實驗室中再現結冰所造成的損壞，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。

在一個初始數值的基礎上，共振頻率或動力彈性模數減少一定的百分比，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、裂縫或質地不均時。