3.3.2. Свойства асбестоцемента

Асбестоцемент относится к классу материалов, которые называются композиционными. В асбестоцементе роль матрицы выполняет цементный камень, а волокна асбеста – роль арматуры. Введение асбеста в матрицу приводит к получению нового материала, свойства которого отличны как от свойств самой матрицы, так и арматуры, взятых отдельно.

Механические свойства асбестоцементного материала выявляются при рассмотрении его поведения под нагрузкой. Самым важным видом нагрузки для асбестоцемента является его растяжение, для восприятия которого и производится армирование цементного камня асбестом. В асбестоцементе асбестовое волокно армирует материал по всему объему, т.е. получается дисперсно-армированный бетон (фибробетон).

Прочность асбестоцемента зависит от свойств сырьевых материалов – цемента, асбеста, от технологических условий изготовления, длины волокон асбеста, плотности, влажности. Прочность асбестоцемента растет во времени вследствие продолжающейся гидратации клинкерных минералов и карбонизации продуктов гидратации. Как показали исследования, нарастание прочности асбестоцемента продолжается в течение 20 лет. Правда, интенсивность роста прочности наблюдается в первые 90 сут твердения, далее она нарастает незначительно.

Асбестоцемент обладает высокими прочностными показателями, его прочность при изгибе достигает 30 МПа, при сжатии – 90 МПа.

АЦИ по толщине имеют выраженную в той или иной степени слоистость. Прочность сцепления между слоями значительно ниже прочности самого материала. Это определяет специфический характер разрушения асбестоцемента в виде расслоения под влиянием различных агрессивных воздействий. В этом выражена анизотропность его структуры [35].

Плотность, пористость, водопоглощение. Затвердевший асбестоцемент состоит из нескольких компонентов, отличающихся по плотности: зерен цементного клинкера, гидратирующихся с поверхности; цементного камня; волокон асбеста. Плотность асбестоцемента в целом зависит от плотности и относительного содержания указанных компонентов. Величина плотности асбестоцемента связана со степенью гидратации вяжущего. По мере увеличения глубины гидратации цементных зерен в асбестоцементе, его поры заполняются гидратными новообразованиями и масса асбестоцемента в высушенном состоянии растет за счет химического связывания воды. В нормальных условиях это увеличение массы при твердении происходит без изменения объема материала, и поэтому плотность асбестоцемента с возрастом увеличивается.

Кроме гидратации цемента увеличение массы асбестоцемента во времени вызывает карбонизация имеющейся в твердеющем цементном камне извести за счет присоединения углекислоты из воздуха. Плотность асбестоцемента, как и любого другого материала, зависит от пористости. Последняя во многом определяется условиями формования и тепловлажностной обработки изделий. С пористостью тесно связана величина водопоглощения. Водопоглощение асбестоцемента с возрастом уменьшается и к трем месяцам составляет 90 % водопоглощения в семисуточном возрасте.

Средняя плотность асбестоцемента составляет 1600…1900 кг/м³.

Асбестоцемент подвергается короблению (изгибу концов листа при одностороннем увлажнении). Причиной коробления является набухание части листа с одной смачиваемой стороны. Эта часть листа удлиняется, в то время как длина сухой части листа остается неизменной. Лист изгибается с образованием выпуклости, обращенной в сторону смоченной поверхности. Поскольку причиной коробления является одностороннее набухание, то коробятся все материалы, способные к набуханию, а не только асбестоцемент. Коробление асбестоцементного листа может происходить и в случае его одностороннего нагревания солнечными лучами в наружных конструкциях или тепловыми приборами при внутренних [34].

Коробление листов весьма опасно в асбестоцементных облицовках и конструкциях, особенно если листы закрепляются жестко. При короблении нарушается крепление, но чаще разрушается лист в месте крепления, поэтому асбестоцементные листы, используемые для облицовки и в конструкциях, должны иметь податливые крепления.

Значительное снижение величины коробления (до 30…40 %) дает прессование листов. Снижают коробление применение песчанистого цемента (с запаркой в автоклаве), увеличение плотности листов, использование длинноволокнистого асбеста. Однако самым радикальным средством является гидрофобизация листов, снижающая их водопоглощение и величину коробления. Для гидрофобизации могут быть использованы кремнийорганические соединения, мылонафт, стеарино-парафиновые эмульсии и другие химические добавки.

Гигроскопичность асбестоцемента достигает 8…12 %, уменьшаясь с повышением плотности листа.

Теплофизические свойства. Удельная теплоемкость асбестоцемента составляет в среднем 0,94 кДж/(кг·град). Ввиду того, что удельные теплоемкости асбеста и продуктов гидратации цемента близки по величине, удельная теплоемкость асбестоцемента мало изменяется от соотношения между асбестом и цементом. Теплопроводность же существенно изменяется в зависимости от плотности и содержания асбеста. При наибольшей плотности (1900 кг/м³) и естественной влажности, теплопроводность равна 0,35 Вт/(м∙К), т.е. является довольно низкой. Асбестоцемент отличается также высокой теплостойкостью, он способен выдержать длительную эксплуатацию при 250°С [35].

При нагревании до 250°С и охлаждении прочность асбестоцемента даже возрастает на 10…20 %. При нагреве до 300°С и охлаждении прочность снижается весьма незначительно. Существенное снижение прочности наблюдается только при нагреве выше 400°С.

Морозостойкость. Главное влияние на морозостойкость асбестоцемента, как и других материалов на цементном вяжущем, оказывает величина пористости и размер пор. Асбестоцемент является довольно морозостойким композиционным материалом – через 25…50 циклов он теряет от 10 до 15 % первоначальной прочности. Разрушение асбестоцементных листов при многократном замораживании и оттаивании начинается с расслоения. Это означает, что самыми слабыми являются обедненные цементом граничные области слоев. Морозостойкость асбестоцемента повышается с увеличением длины волокон асбеста. В несколько раз повышает морозостойкость гидрофобизация асбестоцементных листов.

Стойкость асбестоцемента в агрессивных средах. Агрессивные газы и жидкости по отношению к асбесту и цементному камню являются агрессивными и для асбестоцемента. Для асбестоцемента опасны кислоты, в том числе кислая среда, образующаяся в порах при воздействии на материал газов, содержащих SO₃.

Асбестоцемент подвержен всем видам агрессивных воздействий, характерным для цементного камня. Опасно фильтрование в асбестоцемент очень мягкой воды, растворяющей Са(ОН)₂ и другие соединения (выщелачивание). Взаимодействие минерализованных вод с гидроксидом и гидроалюминатом кальция в асбестоцементе может также привести к его коррозии.

Агрессивные среды менее опасны для асбестоцемента высокой плотности, поры которого ввиду своих малых размеров труднодоступны для проникновения вредных веществ как в виде газов, так и в виде жидкостей.

Долговечность и надежность АЦИ зависят как от качества самого асбестоцемента, так и от условий его эксплуатации и определяются сроком эксплуатации. В результате исследования большого числа шиферных кровель установлено, что максимальный процент амортизации кровель относится к 30-летнему сроку их эксплуатации, т.е. амортизация асбестоцемента в кровлях за десятилетия их службы невелика, что свидетельствует о значительной долговечности асбестоцемента. Он может служить без снижения своих физико-механических свойств более 50 лет.

Универсальность асбестоцемента подтверждают области его применения и, в частности, как декоративного материала, не требующего специальных мер по уходу за ним. Это весьма ценное свойство, которое привлекают к нему внимание архитекторов, художников и дизайнеров.