Замораживание производилось в криостате, в кожух которого заливался жидкий азот, оттаивание — на воздухе или в воде при +20 °С. Каждый цикл состоял из 4 ч замораживания и 4 ч оттаивания. Температура в криостате поддерживалась в пределах от —160 до —180 °С. Образцы одной серии перед охлаждением находились в воздушно-сухом состоянии, другие предварительно выдерживали в воде в течение 48 ч. Было проведено 25 циклов замораживания и оттаивания, после чего для оценки нарушений в структуре пеностекла определяли его механическую прочность, потери массы и водопоглощение.

Результаты испытаний показали (табл. 30), что большинство воздушно-сухих образцов пеностекла после 25 циклов замораживания и оттаивания на воздухе визуально не изменилось. У влажных образцов, оттаивавших как в воде, так и на воздухе, уже после первых циклов (2—3-й циклы) начинается разрушение углов, ребер и выкрошивание материала с поверхности, которая постепенно приобретает «осповидный» характер. Вследствие этого прочность влажных образцов, оттаивавших на воздухе, снизилась с 21 до 12 кгс/см², т. е. на 38%, а потери массы хотя и несколько увеличились по сравнению с воздушно-сухим пеностеклом, но также невелики. Однако во-допоглощение этих образцов увеличилось после испытаний в 2—2,5 раза. У влажных образцов, оттаивавших в воде, видимое разрушение поверхности наступило после 3-го цикла, а после 16-го цикла образцы разрушились.

Исследование термостойкости пеностекла было проведено по режиму, выбранному в соответствии с условиями его эксплуатации, при которой теплосмены вода — холод (—180 °С)—вода отсутствуют, а охлаждение и нагрев протекают относительно медленно вследствие его незначительной теплопроводности. По данному режиму образцы охлаждали в криостате до —180 °С со скоростью 13 °С/ч, выдерживали при температуре от —160 до —180 °С в течение 35—40 ч, а затем нагревали в криостате до +20 °С со скоростью 9—10 °С/ч.

После 20 циклов охлаждения и нагрева воздушно-сухие кубики пеностекла не имели каких-либо признаков разрушения и практически сохраняли свою первоначальную прочность.

Более длительным испытаниям на хладостойкость (50 циклов теплосмен) были подвергнуты воздушно-сухие образцы, а также предварительно выдержанные в воде в течение 48 ч и 10 сут. Все исследуемые кубики пеностекла не изменили своего внешнего вида: на их поверхности, углах и ребрах не наблюдали следов выкрошива-ния и видимых трещин. Образцы, охлажденные как в воздушно-сухом состоянии, так и после увлажнения до 1—2% объема, сохранили после испытания механическую прочность, соответствующую их структуре и объемной массе.

Менее прочными оказались образцы, обладающие повышенной влагоемкостью (>10% объема за 24 ч) при малой объемной массе (γ=150 кг/м³): их сопротивление сжатию составило лишь 5,3—5,6 кгс/см². Некоторый разброс данных по прочности у образцов практически равной плотности объясняется неидентичностью их структуры.

В результате выполненных нами работ по изучению прочности различных видов пеностекла и обобщения данных других исследователей установлено, что механические свойства находятся в тесной взаимосвязи с его структурой и объемной массой, они закладываются на стадии подготовки пенообразующей смеси и формируются в процессе вспенивания и отжига пеностекла. Снижение прочности с повышением водопоглощения свидетельствует об увеличении числа дефектов структуры в пеностекле, возникающих вследствие отклонений от требуемых температурно-временных режимов вспенивания и отжига, а также кристаллизации пеностекла. Это подтверждается тем, что R_сж и R_изг имеют меньшие значения для акустического пеностекла, а для влагозащитного, характеризуемого упорядоченной структурой и минимальным водопоглощением, эти показатели самые высокие.

Анализ результатов исследований, полученных при использовании различных методик испытаний, показал, что для пеностекла с высоким значением объемной массы (>350 кг/м³) (обычно используемого для устройства самонесущих изоляционных конструкций) прочность можно определять по максимально установленной нагрузке, при которой наступает разрушение образца. В случае применения легкого пеностекла в качестве несущего изоляционного материала (основания под резервуары, фундаменты) значения требуемой нагрузки необходимо устанавливать с учетом линейной деформации под нагрузкой. При таких испытаниях упорные поверхности испытуемых образцов необходимо покрывать слоем эластичного материала (мастика, картон, асбест).

В области низких температур (до —190°С) R_сж и R_изг изменяются в соответствии с закономерностями изменения удельной вязкости и модуля упругости стекла, причем с повышением объемной массы пеностекла прирост прочности при сжатии и снижение ее при изгибе уменьшаются. При одном и том же значении объемной массы прочность при сжатии пеностекла повышается (до 35%) с увеличением продолжительности выдержки образцов в условиях отрицательных температур (—196 °С).

Установленная закономерность изменения R_сж в области глубокого холода может учитываться при расчете несущей способности изоляционных конструкций.