Какие показатели имеют усадка и набухание железобетона по сравнению с бетоном

Обновлено: 25.01.2025

ГЛАВА 6. ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Процесс трансформации бетонного раствора в монолит сопровождается сложным комплексом внутренних взаимодействий между компонентами состава. Один из опасных факторов для любой бетонной конструкции — усадка бетона, которая происходит в несколько стадий и вызывает разные последствия при эксплуатации здания. Особенно заметно это проявляется в монолитных конструкциях, так как взаимосвязанные силовые элементы могут деформироваться и разрушаться при возникновении непредусмотренных проектом усилий.

В строительной практике принято различать несколько видов усадки бетона — первичная, происходящая в течение первых часов после заливки, вторичная, гигрометрическая, связанная с твердением монолита, а третий вид характерен для огромных конструкций, которые высыхают годами, постепенно теряя влагу. Правильный расчет процесса усадки и тщательно подобранный бетон от производителя позволяют избежать опасных для строения последствий.

Причины возникновения усадки и методы её определения

Так как бетонный раствор имеет в своем составе некие пустоты в виде частиц растворимой в нём воды, при высыхании смеси и испарении воды на воздухе образуются пустоты, в которые распределяется раствор под действием собственной массы (то есть происходит самоуплотнение). В результате мы получаем осевший бетон. Но причиной усадки может являться не только вода в составе. Каппилярные силы в структуре цемента также могут повлиять. Когда жидкость испаряется из каппиляров материала, они сужаются, уплотняя при этом структуру бетона. Обобщая эти причины, можно утверждать, что влага – это основной компонент эффекта усадки и при измерении последнего важно учитывать именно водные показатели. Так, все измерения должны быть в диапазоне допустимой влажности 50-60%. Заметим, что присутствие в бетонной смеси аллюминатов также влияет на усадку.

Основные виды

В зависимости от времени различают:

до затвердевания, или пластическую (свежеуложенная уплотненная смесь);
при твердении;
послепроектную, зрелого возраста.

В зависимости от причин различают:

усадку в результате происходящих химических процессов при взаимодействии исходных материалов в цементном камне (гидратация). Бывает контракционная и карбонизационная усадка – химические процессы взаимодействия проникающих из внешней среды компонентов и продуктов гидратации;
деформацию в результате физико-химических и физических процессов, которые вызывают удаление воды из структуры (обезвоживание) – радиационную и влажностную усадки при высыхании.

Схема первоначальной усадки бетона.

Пластическая развивается в течение первых 4-6 часов после укладки и уплотнения бетонной смеси при условии того, что будет возможность испарения воды из свежеуложенного бетона. Деформации могут достигать 2 -3 мм/м. Они пропорциональны количеству испарившейся из бетона воды. Появление пластической усадки недопустимо, так как она ведет к катастрофическому и необратимому ухудшению всех свойств. Деформации усадки при неизменных условиях внешней среды развиваются в течение длительного времени и до установления гигрометрического равновесия промежуточных значений. Уменьшение объема новообразований, вступающих в реакцию веществ относительно суммарного объема, и есть контракция. Состоит общая контракция из контракционной пористости – образование равномерно распределенных и практически сферических пор внутри гидратирующегося цементного камня – и контракционной усадки, которая представляет собой внешнее уменьшение объема гидратирующегося цементного камня.

Методы устранения или уменьшения усадки

Так как же повлиять на это свойство и не допустить разрушения или брака конструкции. Существует ряд методов:

качественный контроль состава бетонной смеси (наличие плотных заполнителей и уменьшение количества пористых снижают возможность усадки бетона)
количественный контроль состава (чем больше заполнителей и меньше цементного камня, тем меньше усадка)
применение цементов алитового типа (влияют на химическое взаимодействие цемента и воды, уменьшая усадку)

Однако по качественному составу заполнителей есть момент, который нужно учесть. В случае если вероятно появление усадочных напряжений, желательно использовать именно пористые заполнители в поддержание целостности цементного камня и во избежание трещин. Сейчас также применяются особые составы цементов, которые при реакции с водой начинают расширяться, тем самым компенсируя уплотнение, уменьшение объёма и сводят усадку к минимуму.

Понятие усадки

Усадка бетона – это уменьшение объема и размеров вследствие уплотнения, потери влаги, затвердевания в результате химических, физических и физико-химических процессов.

В зависимости от причин различают усадку в результате происходящих:химических,физико-химических и физических процессов.

Как показывает практика, она редко превышает 1 % и является незначительной. Но даже этого будет достаточно для внесения существенных изменений в проекте строительства. Как правило, в сочетании с низкой прочностью деформации на растяжение всегда приводят к появлению трещин в железобетонных конструкциях, преимущественно в поверхностном слое, снижают долговечность конструкций и повышают деформативность.

Лучший вариант – полное отсутствие усадки, но это считается невозможным. Поэтому необходимо, чтобы данный показатель был минимален. Для решения данной проблемы существует несколько методик, каждая из которых обладает своими преимуществами. Нужно понимать, что без учета присутствующих отрицательных составляющих будет очень сложно получить качественный результат.

Схема усадочного шва.

Для повышения характеристик в настоящее время применяют минеральные добавки, с помощью которых регулируется деформация. В процессе затвердевания с применением данных добавок происходит увеличение линейных размеров кристаллов цемента. Применение таких добавок обеспечивает бетону высокую водонепроницаемость, прочность, а также долговечность конструкции. Применение этих добавок позволяет уменьшить низкие показатели растяжения при изгибе, его проницаемость и большие деформации. Подбор методов производится для каждого конкретного случая, причем методы борьбы должны определяться специалистами. Причиной этому служит то, что только профессионал имеет умения и навыки, которые способствуют решению данной проблемы с максимальной эффективностью.

Учёт усадки бетона при обработке и укладке

Важнейшим фактором, который может повлиять на качество и долговечность бетонной обработки является наличие усадочных деформаций и напряжений. Они могут послужить причиной образования в бетоне трещин и сколов не только спустя «заветные» 28 суток, но и «вылезти» спустя какое-то время. Путём расчётов следует внимательно изучить степень влияния возможной усадки на конструкцию, и если последняя не допускает отклонений, максимально уменьшать уплотнение, используя вышеуказанные методы.

Возможно вас заинтересует

М-100 М-150 М-200 М-250 М-300 М-350 М-400 М-450 М-500 Бетон для фундамента Тяжелый бетон

Наличие арматуры существенно уменьшает усадку и набухание бетона. Это объясняется тем, что арматура вследствие сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона (рис. 29).

Опыты показали, что при μ =

2% деформации усадки железобетонных элементов уменьшаются в 1,5…2 раза, при
μ =
5% – более чем в 3 раза по сравнению со свободной усадкой бетона ( )
.
Для определения деформации усадки железобетона при старом (зрелом) бетоне естественного твердения можно пользоваться формулой:

процент армирования сечения. Т.е. при
μ =
1% , при
μ =
2% – , а при
μ =
10% –
.
Стеснение (ограничение) арматурой деформаций усадки бетона приводит к возникновению в железобетонном элементе собственных или начальных внутренне уравновешенных напряжений: растяжения в бетоне и сжатия в арматуре.

Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента ( )и стесненной усадки армированного элемента ( ) (см. рис. 29)

в поперечных сечениях железобетонного элемента возникают растягивающие напряжения в бетоне , средние значения которых определяются по формуле:

Рис. 29. Деформации усадки образцов:

а – бетонного; б – железобетонного

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта бетона с арматурой.

Так как при воздействии на железобетонный элемент усадки бетона арматура работает упруго, то по её деформациям укорочения ( )можно определить сжимающие напряжения в ней, вызванные усадкой

Уравнение равновесия внутренних усилий, возникающих в железобетонном элементе, армированном двусторонней симметричной арматурой, имеет вид:
где As –

площадь сечения продольной арматуры;

площадь сечения элемента.

Из (1.30) находим напряжения в продольной арматуре

коэффициент армирования сечения.

Если подставить в (1.27) деформации, выраженные через напряжения, по формулам (1.28), (1.29), (1.31), то получим следующее выражение:

Из него получаем значение средних растягивающих напряжений в бетоне, действующих в поперечном сечении железобетонного элемента

отношение модулей упругости арматуры и бетона;

коэффициент упругопластических деформаций бетона при растяжении.

Из (1.32) видно, что при усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от величины деформации свободной усадки бетона ( ),процента армирования и класса бетона В

,т.е.
.
С увеличением
μ
сжимающие напряжения в арматуре уменьшаются, а растягивающие напряжения в бетоне возрастают и, если они достигают временного сопротивления при растяжении
,
то в железобетонном элементе возникают усадочные трещины. Если задаться деформацией усадки бетона ( ),величиной и принять ,то из выражения (1.32) можно найти коэффициент армирования, при котором появляются трещины. Обычно при этом принимают наибольшей и постоянной для всех классов бетона, равной 0,0003, ,также независимо от класса бетона, принимается равным 0,5. Вычисленные при этих значениях коэффициенты армирования получаются сравнительно высокими.

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т.п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона, вызывая появление дополнительных внутренних усилий.

Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Это позволяет заменять расчёт на действие усадки расчётом на температурные воздействия. Для практических расчетов при μ =

2…3% среднюю величину усадки железобетона часто принимают равной = 1,5 • 10-4, что равносильно понижению температуры на 15°С (так как коэффициент линейной температурной деформации бетона ).

Потери от оседания бетонной смеси

Если строители вовремя не заметили усадку, это чревато серьезными последствиями. Когда не применялась вибрационная утряска смеси, данное условие приведет к ее усадке на несколько сантиметров. Более того, данный процесс протекает неравномерно, грозит искривлением постройки, от чего возникают трещины в стенах.

Бетон может усаживаться при воздействии внешних вибрирующих процессов. Виной тому — обилие воздуха, который попадает внутрь раствора из-за неисправной бетономешалки или другого смесительного инструмента. Строительная практика показывает, что подобное явление встречается очень часто.

Нюансы усадки при разных условиях

Метод вибрации

Метод вибрации выгоняет лишний воздух из бетона.
Данный способ направлен на то, чтобы моментально выгнать лишний воздух с незастывшего еще бетонного раствора. Он позволит предотвратить будущую усадку. Практикуется подобная методика давно, и наиболее востребована у строителей. Осуществлять процесс можно собственноручно или посредством вспомогательной техники.

При самостоятельной работе пригодится все, что способно трамбовать, пробивать, утаптывать строительную смесь. К сожалению, этот метод — довольно трудоемкий, требует специальных умений. Если прибегать к специальной вибротехнике, профессиональных навыков не требуется. Возрастает также эффективность выполненной работы. Единственная загвоздка заключается в дороговизне применения вибромашины.

Использование новых составов

На сегодняшний день производители бетонов предлагают новые, усовершенствованные виды строительных смесей, которые, по их мнению, не склонны к усадке. Это — газо- и пенобетон. Но практика показывает, что даже эти строительные растворы способны усаживаться, ведь одной из их составляющих является цемент, который оседает при любых условиях. Единственное – в зависимости от типа бетона процент усадки может варьироваться. Современные строительные растворы имеют меньший коэффициент оседания, чем смеси старого образца. Но учитывать его все равно нужно.

Плывучесть состава

Строительные смеси с высокой плывучестью более практичны в отношении усадки. Но слишком жидкая консистенция раствора пагубно влияет на другие его свойства, поэтому во время его приготовления четко следуйте рецептуре.

Размешивать бетон с водой посредством бетоносмесителя нежелательно — такой раствор теряет прочность. Многие строители пренебрегают этим советом. Усадка бетона может расти за счет присутствия внутри смеси пластификаторов искусственного происхождения, которые разрешают проводить стройку круглогодично при любой температуре воздуха, не теряя при этом своих свойств.

Что собой представляет усадка?

Усадка бетона – это процесс, при котором изменяются размеры жидкой строительной смеси во время твердения. Присутствующие в бетоне вещества уплотняются, «притираются» друг к другу, за счет чего происходит его сужение. Застывать бетон может от получаса до нескольких часов. Сроки схватки зависят от составляющих бетонной смеси, а также от параметров, заложенных производителем.

Следует правильно рассчитать количество необходимой смеси с учетом будущей усадки. Неважно, что вы решили делать — фундамент под дом или заливку дорожек, при любом варианте готовая работа должна быть конкретной толщины, формы, обеспечивая тем самым прочность на долгие годы службы.

Чтобы точно осуществить заливку, следует вычислить коэффициент усадки бетона. При этом рассчитывайте большее значение коэффициента. При подобной ситуации коэффициенты плотности и формы бетонной смеси должны уравниваться. Иначе лишний бетон будет тяжело удалить, а недостающую часть — трудно компенсировать.

Усадка бетона при наличии арматуры

Для определения деформации усадки железобетона при старом (зрелом) бетоне естественного твердения можно пользоваться формулой:

Стеснение (ограничение) арматурой деформаций усадки бетона приводит к возникновению в железобетонном элементе собственных или начальных внутренне уравновешенных напряжений: растяжения в бетоне и сжатия в арматуре.

(1.27)

(1.28)

Рис. 29. Деформации усадки образцов:

а – бетонного; б – железобетонного

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта бетона с арматурой.

где A_s – площадь сечения продольной арматуры;

А – площадь сечения элемента.

Из (1.30) находим напряжения в продольной арматуре

(1.31)

где — коэффициент армирования сечения.

(1.32)

где – отношение модулей упругости арматуры и бетона;

,здесь – коэффициент упругопластических деформаций бетона при растяжении.

Какие показатели имеют усадка и набухание железобетона по сравнению с бетоном

В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и набухание бетона. Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента и стесненной усадки армированного элемента возникают средние растягивающие напряжения в бетоне.
При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона, коэффициента армирования , класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении, возникают усадочные трещины. Растягивающие напряжения в бетоне при стесненной усадке элемента, армированного односторонней несимметричной арматурой, возрастает вследствие внецентренного приложения к сечению усилия в арматуре.
Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного элемента. В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.

Усадка и набухание бетона

При твердении бетон неизбежно подвержен образованию деформаций усадки. Особенно активно этот процесс происходит в первые сутки и может достигать 70% от общей величины. Однако это иногда затягиваться и до года. Впоследствии процесс замедляется и в пассивном режиме протекает на протяжении всего периода твердения.

Наибольшую усадку дает бетонная смесь в атмосферных условиях твердения. Она обусловлена скоростью испарения влаги, необходимой для протекания гидратации и твердением цементного камня. По мере набора прочности в структуре бетона образуются цементные сростки, которые приводят к затуханию усадки.

В целом выделяют три составляющие:

Влажностную. Протекает при испарении влаги из капилляров монолита.
Карбонизационную. Связана с уменьшением цементного камня в объеме.
Контракционную. Характеризуется уменьшением объема в общем, протекает в процессе гидратации и связывании цемента с водой.

Параметры, влияющие на усадку

Существует несколько факторов, способных оказать влияние на протекание усадки:

Марка и количество гидравлического вяжущего. Применение высокой марки и большого количества цемента в составе способствует увеличению усадки.
Количество влаги. Чем выше показатель водоцементного отношения, тем выше усадка.
Фракция заполнителей. Крупный заполнитель создает своеобразный скелет, препятствующий осаживанию бетонной смесь. Для более прочного построения такой структуры лучше всего применять разно фракционный щебень, который позволит добиться равномерной структуры и заполнит все пустоты.
Химические добавки. Применение ускорителей схватывания приводит к увеличению усадки, в то время, как пластификаторы напротив делают смесь более уплотненной и максимально сокращают деформативные процессы.

Скорость протекания усадочных процессов тесно связана с влажностью окружающей среды. Чем выше количество влаги, тем меньше деформация. Для предотвращения появления трещин, бетону нужно обеспечить должный уход сразу после заливки. С целью сохранения влаги, его накрывают пленкой и периодически увлажняют.

В протяженных линейно конструкциях для избегания трещинообразования конструктивно устраивают деформационно-усадочные швы. Они компенсируют перемещения и позволяют сохранить целостность конструкции.

Набухание бетона

Набухание, процесс обратный усадке, который характеризуется расширением и увеличением бетона в объеме. Протекает за счет увеличения влагосодержания в готовом изделии. Во время эксплуатации изделия на открытом воздухе этот процесс может протекать неоднократно. Развиваться во время увлажнения, в момент выпадения осадков, и восстанавливаться при высушивании и испарении влаги.

Особо остро вопрос набухания стоит в различных гидротехнических сооружениях, таких как тоннели, дамбы, резервуары для воды. Они подвержены попеременному увлажнению и высушиванию. С течением времени это неизбежно ведет к образованию трещин. Первой мерой, позволяющей это исключить, является применение бетонных составов с высоким показателем водонепроницаемости.

По сравнению с усадкой, набухание протекает значительно медленнее и несет за собой гораздо меньшие деформации В количественном выражении он может доходить до 10%. Обусловлен процесс наличием в толще смеси микропор, способных при эксплуатации напитывать в себя жидкость. Первым и главным способом улучшить качество бетона по всему объему, и избежать образования капилляров является качественное уплотнение. Оно может производится как механическим вибрированием, так и введением химических добавок в состав.

Свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону.

Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто.
Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении.
При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости.
Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.

Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность.

Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:
подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;
жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;
связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью.
Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости.

Классификация бетонных смесей

Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.

Удобоукладываемость бетонной смеси

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси - подвижность и жесткость.

Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков.
Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность

Деформативные свойства бетона

Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия.

Область условно упругой работы бетона - от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины.

Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины.
Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой:

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки.
Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя - щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми.
Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести.
Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Усадка и набухание бетона

При твердении на воздухе происходит усадка бетона, т.е. бетон сжимается и линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих.

Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в. наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне.

Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня.

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания, которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона определяют путём попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.

Водонепроницаемость бетона

С уменьшением объема капиллярных макропор снижается водонепроницаемость и одновременно повышается морозостойкость бетона. Для уменьшения водонепроницаемости в бетон при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизующие добавки. Нефтепродукты (бензин, керосин и др.) имеют меньшее, чем у воды, поверхностное натяжение, поэтому они легче проникают через обычный бетон. Для снижения фильтрации нефтепродуктов в бетонную смесь можно вводить специальные добавки (хлорное железо и др.). Проницаемость бетона по отношению к воде и нефтепродуктам резко уменьшается, если вместо обычного портландцемента применяют расширяющийся.

Теплофизические свойства бетона

Теплопроводность - наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий.

Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя.

Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°).
Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами.

Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры.

Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.

Какие показатели имеют усадка и набухание железобетона по сравнению с бетоном

Замечено, что бетонные массивы высыхают медленно и неравномерно от периферии к ядру. Это явление вызывает неравномерность усадки, общая величина которой оказывается значительно меньшей, чем в элементах малого объема из того же бетона. По мере высыхания внутреннего ядра усадочные трещины закрываются и часто становятся невидимыми. При этом возможно срастание трещин и частичное самовосстановление структуры бетона. Поэтому собственные напряжения от усадки бетона непосредственно не учитывают при расчете железобетонных конструкций малых поперечных сечений. Отрицательное влияние усадочных напряжений учитывают косвенно коэффициентом однородности бетона, конструктивной арматурой и устройством усадочных швов.

Количество стальной арматуры и ее распределение по сечению элемента влияют на проявление усадки бетона. Опыты показывают, что даже небольшое продольное армирование бетонных образцов снижает деформации усадки более чем на 2 раза по сравнению с неармированными образцами. Это объясняется тем, что арматура, обладающая значительно большим модулем упругости, в результате сцепления с бетоном вовлекается в его совместную работу и тем препятствует свободным усадочным деформациям бетона. Вследствие этого в бетоне возникают начальные растягивающие напряжения, а в арматуре — сжимающие. Растягивающее усилие в бетоне равно сжимающему усилию в арматуре, так как процесс усадки происходит самоуравновешенью без внешней нагрузки. Растягивающие напряжения в бетоне распределяются по сечению неравномерно. Наибольшие напряжения возникают в зоне контакта с арматурой. При расстояниях между арматурными стержнями более 400 мм эта неравномерность оказывается значительной и приводит к образованию усадочных трещин. Поэтому при конструировании железобетонных элементов устанавливают специальную противоусадочную арматуру, чтобы расстояние между любыми стержнями не превышало 400 мм.

В изгибаемых элементах с одиночной арматурой, во внецентренно сжатых и растянутых элементах с большими эксцентриситетами влияние усадки будет сводиться к созданию момента внутренних сил, вызывающего растяжение бетона со стороны армированной грани сечения и сжатия на противоположной грани. Растягивающие напряжения в бетоне от его усадки будут при этом суммироваться с растягивающими напряжениями от воздействия внешних нагрузок и способствовать более раннему появлению трещин в бетоне. С появлением трещин влияние усадки уменьшается, а в стадии разрушения вовсе исчезает. В статически неопределимых конструкциях (арках, рамах и т. д.) усадка бетона может вызвать дополнительные внутренние усилия, с которыми в особых случаях необходимо считаться. Их определяют методами строительной механики, как в упругих системах, принимая коэффициент линейного укорочения от усадки железобетона: для тяжелого железобетона esh = 0,00015; для легкого железобетона esh = 0,0002.

Температурные деформации.
Бетон с увеличением температуры расширяется, а с ее понижением сжимается. Коэффициентом линейной температурной деформации называют относительное удлинение (укорочение) бетонного образца при нагреве (охлаждении) на 1 °С (в пределах изменения температуры от —40 до +50°С).
По нормам этот коэффициент равен 0,00001 для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетона при мелком плотном заполнителе; 0,000007 — для легкого бетона при мелком пористом заполнителе; 0,000008 град-1 —для ячеистого и поризованного бетонов. При температуре ниже — 20 °С коэффициент может достигать соответственно 0, 000018 и 0, 000015 град-1.

При понижении температуры бетона в процессе его твердения температурные напряжения суммируются с усадочными растягивающими напряжениями, вследствие чего увеличивается опасность появления трещин в еще неокрепшем бетоне. Температурно-усадочные напряжения отрицательно влияют на прочностные характеристики бетонов. Стесненные температурные деформации, накапливаясь по мере увеличения размеров конструкций, могут создавать недопустимые напряжения и вызвать обрушение. Поэтому нормы ограничивают размеры деформационного блока железобетонных сооружений. Такие изменения важно учитывать, когда вы начинаете устанавливать межкомнатные двери - их правильное положение и исключение перекоса зависит от мастерства установщиков и наличия деформаций. Для конструкций одноэтажных зданий, колонны которых являются достаточно гибкими и слабее стесняют температурные деформации, нормы рекомендуют увеличивать предельные расстояния между деформационными швами на 20%, а для конструкций, возводимых в районах с минимальной среднемесячной температурой ниже — 20 °С, — уменьшать на 25 %. В общем случае расстояние между температурно-усадочными швами определяют расчетом блоков на температурно-влажностные воздействия. Усилия, возникающие от изменения температуры элементов, определяют с учетом перераспределения усилий за счет неупругих деформаций и наличия трещин. Температурные удлинения находят в зависимости от времени монтажа конструкций.

§ 5. Усадка и набухание бетона

Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне.

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания (рис. 80), которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.

Читайте также: