Что такое усадка бетона, каковы ее последствия?

Что такое усадка?

Во время застывания раствора происходит уменьшение объема бетонной смеси, в ходе которого и случается усадка.
Процесс засыхания и затвердения, в результате которого происходит уменьшение объема цементного состава. Конечно, отсутствие такого процесса является невозможным. В практике строительства показатель усадки небольшой — 1%, но и этой цифры достаточно, чтобы внести изменения в строительную документацию. Но с помощью ряда методик можно добиться минимизации показателя. Застывание бетонного раствора — это процесс, в ходе которого и происходит усадка. Время зависит, в большей мере, от состава и параметров цемента, и составляет диапазон от получаса или несколько часов.

Что такое деформация бетона?

Под искажением стройматериала предполагается изменение бетонного раствора в процессе его приготовления, а затем последующего затвердевания и эксплуатации. Деформация бетона делится на собственную, твердеющую, ползучую и температурную форму. С помощью параметра определяется смещение. Ее изучение помогает правильно рассчитать напряженность в бетонных конструкциях, а также вовремя заметить момент возникновения трещин.

В Настоящем Своде правил есть информация о расчете и проектировании бетонных и железобетонных изделий, которые гарантируют выполнение требований СНиПа 52—01—2003. Все единицы измерение здесь исчисляются в ньютонах. Основным положением является то, что все конструкции должны обладать необходимой надежностью и прочностью, тогда можно избежать относительные деформации в бетоне.

Посмотреть «СНиП 52-01-2003» или

Почему возникает?

Появление связывают с испарением воды цементного состава, при котором немаловажное место отводится действию сил капилляров структуры смеси. В результате их сужения изделие уплотняется, а это и вызывает усадку. Роль влаги в этом — основная, а появление ее зависит не только от условий среды, но и от особенностей цемента, используемого при замешивании. Высокий показатель усыхания возможен только при наличии большого количества алюминатов в материале. А чтобы снизить этот параметр используют алитовые цементы. Следовательно, усадка бетона связана с такими факторами:

• погодные условия;
• количественные показатели составляющих раствора;
• объем влаги;
• наличие армирующих элементов.

Коэффициент

Уменьшить коэффициент помогают различные процедуры, такие как уплотнение материала вибратором.
Его считают величиной относительной, которая обозначается в процентах. Показатель указывает на изменения в объеме по сравнению с первоначальными измерениями. Чтобы уменьшить коэффициент усадки бетона, формируя строительную смесь, используют пористые низкомодульные заполнители, вибратор при уплотнении, дополнительную тепловлажную обработку. Средняя величина усадки бетонного изделия согласно ГОСТам — 1,5%.

Виды усадки

Пластическая

Возникновение трещин происходит в жидком состоянии при быстром высыхании раствора. Это происходит, когда испарение на поверхности больше, чем количество выделения влаги внутри. Хотя такие трещины неглубокие, все же ширина их достигает 3 мм. Факторы появления:

• небольшой показатель влажности воздуха;
• жаркая температура;
• большие порывы ветра;
• температурные перепады;
• сильный обогрев поверхности солнцем.

Аутогенная

Его называют «внутренним высыханием», являющимся следствием химических процессов. Объем изменяется при помещении изделия в герметическую среду, где нет обмена влагой. Около половины такого процесса наблюдается в течение суток. Аутогенная усадка бетона возникает при наличии меньшего объема продуктов гидратации, чем был до этого.

Поскольку процессы присутствуют в середине конструкции, проблемы внешним уходом не решаются.

При высыхании

Нехватка влаги при застывании строительной смеси приводит к значительной усадке и образованию трещин.
Происходит после того, как бетонная смесь схватилась. Но это продолжительный процесс, результатом которого наблюдается сокращение объема бетонного изделия от нехватки влаги. Усадка происходит при хранении конструкции не в помещении, а на открытом воздухе. На скорость формирования усадочных растяжений влияет продолжительность ухода, а это помогает предупредить трещинообразование на раннем этапе.

Основные виды

Усадка возможна на стадии застывания бетона.
В зависимости от времени усадка бетона происходит:

• до застывания смеси;
• параллельно со схваткой;
• после затвердения работы.

По факту причин возникновения усадку подразделяют на:

• происходящую в результате гидратации, когда внутри цементного камня возникает химическая реакция между исходными составляющими;
• проявляющуюся посредством физического, а также физико-химического воздействия, которые способствуют испарению влаги в процессе сушки строительной смеси.

До застывания раствора усадка осуществляется за первые 4-6 часов после заливания смеси. Данный процесс происходит, если влага способна быстро улетучиться из свежезалитой смеси. Толщина деформирования составляет около 3 мм на 1 м, и соответствует объему испарившейся влаги. Такого рода оседание нельзя допускать, потому как такой процесс приведет к перемене качеств бетонной строительной смеси в худшую сторону.

Когда не происходит никаких изменений в погодных условиях, бетон оседает довольно долго.

Вернуться к оглавлению

Стадии усадочного процесса

Первичная

Возникает в период, когда еще жидкий, пластический бетон находится в процессе схватывания. А причиной этого может быть опалубка, через которую происходит утечка влаги или, наоборот, ее поглощение, а также испарение. На объем усадочного процесса влияют виды ухода, степень всасывания воды. На основании этого проводят соответствующие действия на уменьшение уровня.

Вторичная

Это усадка бетона при твердении и в процессе высыхания. Она считается частично безвозвратным процессом, так как при увлажнении происходит расширение объема бетона, хотя возвращение в первоначальное состояние уже невозможно. Факторы, влияющие на величину усадки:

• вид используемого цемента;
• жирность бетонного раствора;
• количество содержания воды;
• типы заполнителей.

Усадка бетона

Собственные деформации бетона обусловлены влажностны-ми, температурными и иными воздействиями на бетон при отсутствии внешней нагрузки. Изменение влажности бетона может вызывать как уменьшение, так и увеличение его объема и, соответственно, линейные деформации усадки или расширения (набухания). Деформации расширения цементный камень и бетон проявляют при твердении в результате образования в определенный период развития кристаллизационной структуры расширяющегося компонента обычно в виде высокоосновной формы гидросульфоалюмината кальция-эттрингита. Наряду с применением специальных расширяющихся цементов расширяющиеся растворы и бетоны можно получать и на обычном портландцементе, вводя специальные добавки, например, алюминиевый порошок и др. Увеличение объема — набухание — имеет место при длительном нахождении образцов бетона в воде в результате развития осмотического давления в гелевидных массах. Набуханию бетона способствует также адсорбция воды цементным камнем, оказывающая некоторое расклинивающее действие и уменьшающая поверхностное натяжение материала. Набухание бетона колеблется обычно через 6-12 месяцев хранения образцов в воде в пределах от 1 до 2×104. Дальнейшее выдерживание в воде не приводит к увеличению размера образцов. Твердение бетона сопровождается контракционной и влажностной усадкой. Контракция (стяжение) является следствием реакций химического взаимодействия минералов цемента с водой, в результате которых образуются гидраты, абсолютные объемы которых меньше чем суммарные объемы безводных минералов и воды, необходимой для гидратации. Контракция объясняется уплотнением химически связанной воды, а также воды в тонких адсорбционных слоях. Контракция зависит от минералогического состава цемента, степени гидратации цемента. Контракция ведет к Увеличению пористости и незначительно отражается на объеме бетона. Контракционная усадка бетона в 5-10 раз меньше влаж-ностной, связанной с его высыханием. Усадка бетона при изменении его влажности происходит в две стадии: 1) когда бетонная смесь находится в пластичном состоянии (пластическая усадка); 2) по мере твердения и высыхания бетона. Пластическая, или первичная, усадка бетона происходит при выделении воды из бетонной смеси в результате се-диментационного осаждения твердых частиц, поглощения влаги опалубкой, в дорожных покрытиях — основанием и испарения. Деформации интенсивно развиваются сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси и затухают уже через 30-90 мин. Величина пластической усадки зависит от состава бетонной смеси и уменьшается при снижении водосодержания бетонной смеси, расхода цементного теста, применении тонкомолотых водоудерживающих добавок, создании жесткого «скелета» крупного заполнителя. В условиях сухого жаркого климата водо-потребность увеличивается с повышением температуры бетонной смеси. При ненадлежащем влажностном уходе и повышенной скорости испарения воды создаются условия для пластического тре-щинообразования. Пластическая усадка превышает в 5-10 раз усадку, развиваемую после схватывания цемента. Она усиливается с увеличением модуля поверхности конструкций, уменьшением степени армирования. В наибольшей мере сказывается на поведении бетона в конструкциях влажностная, или гидравлическая, усадка, характерная по мере высыхания бетона. Уменьшение объема бетона в процессе его высыхания обусловлено прежде всего действием капиллярных сил, возникающих в цементном камне при испарении воды из капилляров и удалении межкристаллической воды, а также адсорбционно-связанной воды из тоберморитового геля. Механизм объемных изменений цементного камня зависит от влажности среды. При низкой влажности среды капиллярные силы становятся незначительными и усадка вызывается испарением межкристаллической воды, а при дальнейшей сушке и адсорбционно связанной воды геля. Наряду с действием капиллярных сил, возникающих в цементном камне при испарении воды из капилляров с радиусом менее 107м, усадке способствует удаление адсорбционно-связан-ной воды на поверхностях кристаллов гидросиликатов кальция; последняя вызывает сближение субмикрокристаллов, проявление между ними ван-дер-ваальсовых сил и возникновение водородных связей. Усадочные деформации вызывают в бетоне внутренние напряжения, особенно значительные при неравномерном высыхании конструкций и работе их в стесненных условиях. Они могут быть причиной разрывов в контактной зоне и растворной части бетонов и вызывать, особенно в сочетании с температурными напряжениями, появление трещин. Усадочные напряжения неблагоприятно влияют на морозостойкость, непроницаемость, усталостную прочность, вызывают потери предварительного напряжения при натяжении арматуры. Общая усадка цементного камня обычно составляет от 3 до 5 мм/м, в бетоне она колеблется в основном от 0,2 до 0,4 мм/м. На усадке цементного камня и бетона сказываются многочисленные факторы: длительность твердения, химико-минералогический состав, удельная поверхность и расход цемента, содержание заполнителя, гипса и щелочей, водоцементное отношение и др. При прочих равных условиях конечная усадка цементного камня увеличивается с увеличением содержания С2S, при гидратации которого образуется примерно на 25% больше тоберморитового геля, чем из С3S. Повышается также усадка цементного камня с ростом содержания С3А, удельной поверхности цемента, содержания щелочей. Как считает М. Венюа, от вида цемента усадка цементного камня может изменяться в 2-3 раза. Однако учитывая, что химико-минералогический состав и дисперсность современных заводских пор-тландцементов изменяются в сравнительно узкой области и решающее влияние имеет отношение цементного камня заполнителем, влияние особенностей портландцементов на величину усадки бетона оказывается малосущественным. Лишь при использовании бели-товых высокоалюминатных цементов, которые промышленностью изготавливаются в особых случаях, влияние минералогической характеристики цемента на усадку бетона может стать достаточно весомым. На величине усадки бетона сказываются упругие свойства заполнителей. Зерна заполнителей, покрытые оболочкой цементного камня, препятствуют усадке тем больше, чем выше их модуль деформации. По данным А.М. Невилля к годичному возрасту бетоны с использованием в качестве заполнителя песчаника имели примерно в 2 раза больше усадку, чем на известняке. Увеличивают усадку бетона примеси глинистых частиц в заполнителе. Известные эмпирические формулы, предложенные для прогнозирования усадки тяжелого бетона в атмосферных условиях при неизменных размерах сечения элементов, отличаются особенностями учета расхода воды и цемента в бетоне, а также их соотношения. Решающим фактором, определяющим усадку бетона, является расход воды. Наряду с усадкой, обусловленной высыханием, бетон подвергается усадке в результате карбонизации за счет углекислого газа, имеющегося в атмосфере. Углекислый газ взаимодействует в присутствии влаги с продуктами гидратации цемента, что сопровождается увеличением общей усадки бетона. В большей степени усадка за счет карбонизации сказывается на общей усадке после высыхания бетона и при попеременном увлажнении и высушивании. Термическая усадка вызывается понижением температуры бетона. Высокие перепады температур в летний и зимний периоды могут приводить к колебаниям длины бетонных изделий до 0,5 мм/м. Термическая усадка может быть причиной трещинообразования массивных конструкций. Возникающие трещины увеличиваются со временем под воздействием усадки в связи с изменением влажности бетона и карбонизации. Для ограничения термической усадки снижают экзотермию цемента, температуру смеси при укладке в опалубку, выбирают заполнитель с высоким модулем деформации. Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

• Важные вопросы по доставке: заказать бетон с транспортировкой миксером — как сделать правильно.
• Информация про бетон м400: цена за куб с доставкой свойства, область применения и карта заводов-производителей.
• Важно: ГОСТ по бетонам — правила контроля и оценки прочности — механизм госрегулирования.

Профилактика усадки

Во избежание такой проблемы подходят ответственно к технологии замешивания бетона, не ошибиться в расчетах количества всех составляющих веществ. Качественное получение строительного раствора при заливке бетона — основная задача строителя. А также обязательно добавлять присадки и пластификаторы. Они помогут с увеличением показателя прочности бетонной конструкции, обеспечив меньшие потери. Продукция современного строительного рынка представлена разными вяжущими веществами, которые за счет расширения, вступив в реакцию с водой, увеличивают объем раствора. Кроме того, важно, что изменения сохраняются по истечении времени высыхания.