Деформация и усадка бетона

Деформация и усадка бетона

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.

Первичная и вторичная стадии

Как установлено практикой, существует 2 стадии:

• первичная, когда он находится еще в пластичном или жидком состоянии, которая вызвана утечкой влаги через опалубку, поглощением ей влаги или поглощением влаги основанием дороги в дорожном строительстве, а также испарением;
• вторичная, которая происходит при его высыхании и твердении.

Схема структуры пола.

Зависит величина первичной усадки до его схватывания как от системы ухода, так и от степени поглощения воды основанием или опалубкой. Следовательно, она может быть уменьшена с помощью проведения данных мероприятий.

Вторичная происходит при твердении, вследствие усадки цементного геля. Она является частично необратимым процессом, так как при последующем увлажнении бетон расширяется, однако этот образец не сможет достичь первоначального объема. При дальнейших высыхании или увлажнении расширение и усадка являются практически обратимыми. При длительном погружении в воду после укладки происходит его небольшое расширение, но после высыхания деформация станет такой же, как и раньше.

Необходимо отметить, что в бетонной конструкции усадка отдельных ее элементов может происходить неодинаково. К примеру, массивное основание практически никогда не высыхает полностью, в то время как бетонная панель стены под воздействием атмосферы и нагревания изнутри быстро теряет влагу. Такая разница приводит к созданию внутренних напряжений и в последующем к растрескиванию. На поверхности бетонного массива она происходит быстрее, нежели в его глубине, так как высыхание начинается с поверхности.

Вследствие химической реакции в поверхностных слоях происходит дополнительная деформация между известью и углекислым газом воздуха, который выделяется при гидратации цемента. Данная реакция называется карбонизацией. Вследствие этого общая усадка на поверхности бетона увеличивается.

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.

Причины образования

Усадка бетона возникает при испарении воды из капилляров с диаметром менее 200 нанометров.

Усадка возникает не только вследствие испарения воды из состава. Кроме того, в данном процессе немалую роль играет действие капиллярных сил в структуре цемента. При испарении воды из капилляров с диаметром менее 200 нанометров происходит их сужение. Это приводит к последствиям, одним из которых является уплотнение материала, что и вызовет процесс. Следовательно, можно отметить, что в качестве причины возникновения данного процесса влага играет ключевую роль.

Но все же она определяется не только внешними условиями, но и особенностями цемента, применяемого в процессе замешивания. Усыхание при твердении является максимальным, если присутствует материал, который имеет высокий процент алюминатов. Для снижения данного параметра необходимо использовать цементы алитового типа. Они за счет образования гидрооксида кальция обладают незначительно выраженной усадкой в количественном плане. Как уже упоминалось выше, основной причиной уменьшения размеров является химическое взаимодействие между водой и цементом. Значит, чем больше данных компонентов будет в составе, тем серьезнее образуется усадка. Таким образом, при строительстве с использованием высоких марок данное явление должно особенно учитываться.

При рассмотрении сроков деформаций можно сделать вывод, что их подавляющая часть происходит в течение первых 3-4 месяцев. За первые несколько лет линейное уменьшение размеров конструкций составляет в среднем 2 мм на 1 м. Затем данный процесс в несколько раз снижается. Это связано с особенностями состава.
Усадка зависит еще и от модуля упругости, определяющегося большим количеством факторов. К ним можно отнести вид вяжущегося вещества, тип заполнителя и пропорции между ними. Меньшую дают тяжелые типы в отличие от их легких аналогов. Причиной является пористость заполнителя, который применяется для создания основы смеси. Около 0,5-0,7 мм составляет усадка бетона легкого типа, но в некоторых случаях она достигает 1 см на 1 м. Данный показатель снижается в несколько раз тяжелыми заполнителями. Это является одним из их преимуществ. В общем, можно вывести простое правило, которое характеризует данный фактор: чем меньше элементы заполнителя, тем меньшую усадку даст бетон, выполненный на его основе.

Почему происходит усадка бетона при твердении

Усадка бетона – явление довольно распространенное, несмотря на то, что бетон демонстрирует великолепные характеристики стойкости к внешней среде и прочности. Многие новички вообще не учитывают данный фактор из-за незначительности коэффициента усадки, но это в будущем может сказаться на сроке службы здания и особенностях его эксплуатации.

Принято считать, что бетон не усаживается, в отличие от деревянных строений, домов из менее плотных и прочных материалов. И это утверждение близко к истине – упрочненный арматурным каркасом бетон демонстрирует минимальный показатель изменения объемов материала конструкций с течением времени. Но минимальная усадка бетона при твердении – не равно полному ее отсутствию, поэтому до начала проектирования и возведения здания необходимо тщательно изучить этот вопрос.

Что такое усадка

Усадка бетона – это уменьшение его размеров и объема из-за таких изменений, как потеря влаги материалом, уплотнение, затвердевание в результате прохождения химических, физических, физико-химических процессов. Уменьшение объема редко превышает 1%, что очень незначительно и практически незаметно, но только при условии, что соответствующие данные учитываются в проекте и строительстве.

Если фундамент или монолит обладают низкими прочностными характеристиками, то и такой незначительной усадки будет достаточно для появления трещин, отслаивания поверхности, разнообразных деформаций, что существенно уменьшает срок эксплуатации конструкции.

Коэффициент усадки незначителен

Современные производители стараются вводить в цемент различные добавки, пластификаторы, присадки, чтобы добиться наиболее оптимального соотношения компонентов для сохранения первоначальных параметров здания через многие годы. Если фундамент небольшой, то коэффициента осаждения на уровне 1-1.5% будет не заметно.

Тем более, что допустимый коэффициент усадки в соответствии с ГОСТом составляет максимум 3%. Но если конструкция большая, то данный показатель для бетона лучше, все-таки, учитывать.

В соответствии со временем усадка бетона может быть: произошедшей до застывания раствора, параллельно со схватыванием смеси, уже после затвердевания бетона. По причинам появления усадка может быть такой, что произошла из-за прохождения внутри цемента химической реакции между компонентами (гидратация) или появилась вследствие физико-химического, физического воздействия (например, когда в процессе высыхания бетон теряет влагу).

Виды усадки в процессе застывания и упрочнения бетона:

1) Пластическая – появляется сразу после заливки, при схватывании, длится 8 часов, потом не учитывается. Происходит из-за испарения воды из раствора, максимальный показатель может быть равен 4 миллиметрам на метр. Чтобы избежать негативных последствий, бетон увлажняют водой на протяжении всего времени высыхания, в первые часы особенно часто.

2) Аутогенная – происходит в сравнительно «молодом» бетоне в процессе его затвердевания и набора прочности. Равна 1 миллиметру на метр, часто вообще не учитывается, но важна при проектировании крупных объектов, где изменение геометрии даже в таких небольших пределах становится причиной появления микротрещин.

3) Усадка при высыхании – ГОСТ допускает минимальные значения, так как правильно приготовленный и уложенный раствор демонстрирует прочность и долговечность. Но в некоторых случаях усадка бетона через несколько лет может давать даже 5 миллиметров на метр. Из-за этого раньше бетонному фундаменту позволяли год выстояться, а потом продолжали работы. Сегодня проблема решается армированием и правильным определением состава бетонной смеси.

Деформация

В современном строительстве применяют минеральные добавки к бетону, которые позволяют деформации и усадку свести к минимуму. Благодаря применению этих добавок в процессе затвердевания осуществляется увеличение линейных размеров кристаллов цемента. Бетону придают высокую водонепроницаемость, прочность, обеспечивая долговечность конструкции.

Благодаря применению добавок удается уменьшить показатели растяжения на изгиб, проницаемость, устранить деформации. Конкретный тип и объем добавок определяют индивидуально.

Первичная и вторичная стадии

Усадка бетона может происходить на двух стадиях. Первичная – когда раствор находится еще в жидком либо пластичном состоянии и наблюдается уход влаги через опалубку либо посредством впитывания в основание дороги, испарением. Вторичная усадка наблюдается в процессе высыхания и твердения состава.

Первичный тип усадки может быть уменьшен за счет правильной системы ухода за бетоном, выбором основания, корректным монтажом опалубки. Проведя все необходимые мероприятия, первичную усадку можно легко уменьшить. Вторичная же деформация необратима, даже изменение влажности бетона все равно не придаст первоначальных параметров.

Немаловажно помнить о том, что усадка отдельных элементов бетонной конструкции может проходить по-разному. Так, если бетонная панель быстро теряет влагу из-за нагревания внутри, под воздействием атмосферы, то после заливки фундамента массивных конструкций высыхание будет происходить намного медленнее, как и усадка. Это может стать причиной появления внутренних напряжений, ведущих к трещинам.

Из-за прохождения химических реакций в верхних слоях может наблюдаться дополнительная деформация между углекислым газом воздуха и известью. Воздух выделяется в процессе гидратации цементного раствора, а сама реакция элементов называется карбонизацией, что также увеличивает общую усадку поверхности.

Основные виды

Виды усадки бетона зависят напрямую от этапа выполнения работ и состава раствора. Основной причиной появления трещин становится влага, поэтому и виды усадки зависят от того, на каком этапе уходит или появляется влага, как она взаимодействует с входящими в состав материалами. Усадка бывает пластической, аутогенной (молодого бетона), происходящей при высыхании (зрелого бетона).

Причины образования

Усадка может происходить как из-за испарения влаги из раствора, так и по причине действия определенных капиллярных сил в самой структуре цемента. Когда из капилляров диаметром меньше 200 нанометров уходит вода, происходит их сужение, материал уплотняется, деформируется.

Так или иначе, но влага имеет самое важное значение при прохождении процессов усадки. И важна она как в качестве внешнего воздействия, так и как составная часть самого цемента. Стоит помнить, что усыхание в процессе твердения максимально, если в составе есть большая доля алюминатов. Чтобы снизить показатель, используют цементы алитового типа, в которых образуется гидрооксид кальция и усадка минимальна.

Основная причина уменьшения размеров бетонного монолита – химическое взаимодействие между цементом и водой. Логично, что чем меньше этих веществ будет включено в состав, тем меньше будет значение усадки. Поэтому при работе с высокопрочными марками фактор учитывают обязательно.

Обычно все деформации наблюдаются в первые 3-4 месяца – в среднем линейное уменьшение размеров равно 2 миллиметрам на метр. Потом процесс замедляется в несколько раз. Во многом усадка бетона зависит от модуля упругости, который определяется такими моментами: вид вяжущего вещества, тип наполнителя, их соотношение в растворе.

Тяжелые типы дают меньше усадки, чем легкие (они пористые и усадка может достигать 1 сантиметра на метр). Тут работает правило: чем меньшего размера элементы заполнителя, тем меньше усадки даст приготовленный на его базе раствор.

Усадка при обезвоживании раствора: потери в процессе эксплуатации

Одна из главных проблем, связанных с усадкой бетона – усадка при твердении: сначала процесс запускается потерей воды, потом состав садится из-за физических процессов, химической реакции в поверхностных слоях бетона.

Существующие виды

Сначала стоит упомянуть контракционное сжатие бетона, которое имеет место при приготовлении раствора. Образующиеся при взаимодействии цемента и воды гидраты обладают меньшим объемом в сравнении с первоначальным материалом. Такая усадка влияет на пористость бетона, потеря объема небольшая.

Более серьезно обезвоживание раствора, которое может быть двух типов: пластический и гидравлический. Пластическая усадка проходит в первые 3-6 часов после выполнения заливки из-за быстрой потери воды составом. Чем меньший объем воды в растворе, тем меньше он деформируется. Меньше в объеме теряют и правильно армированные конструкции.

После схватывания раствора осаживание постепенно переходит в гидравлическую фазу: проходит менее активно, медленно, менее опасно для конструкции. Бетон сохнет и сжимается неравномерно, могут появляться внутренние напряжения. Нужно помнить, что если заливка бетона осуществляется при высоких значениях температуры воздуха, то недостаток воды спровоцирует трещины даже на первом этапе, а второй пройдет более интенсивно.

Когда бетон полностью застыл и набрал прочность, в нем все равно происходят процессы осаживания. Современные строительные материалы модифицируют разными добавками, но все равно часто фундаменту позволяют выстояться какой-то срок. Многое зависит от качества цемента – в некоторых случаях бетон осаживаться может до двух лет. Карбонизация в условиях сезонных скачков температур также может дать около 5 миллиметров усадки.

Ввиду всех вышеперечисленных факторов, фундамент лучше всего заливать весной или ранним летом, чтобы у бетона было время высохнуть, набрать прочность и зимой его не порвало деформациями.

Нюансы усадки в разных условиях

• Использование специальной вибротехники позволяет сразу убирать воздух с еще незастывшего раствора, уменьшая будущую усадку. Процесс выполняют с использованием специальной техники или самостоятельно (трамбуя, пробивая, стаптывая, протыкая штыком смесь).
• Многие современные составы предполагают использование технологий, которые призваны уменьшить усадку. И хоть полностью устранить явление не удастся, нивелировать его влияние на конструкцию можно. Так, пенобетон, газобетон дают минимальные значения усадки, особенно при условии выполнения армирования.
• Считается, что меньше подвержены усадке плывучие составы, но более жидкие смеси часто демонстрируют ухудшение других свойств.
• Усадка вырастает из-за добавления в бетон специальных смесей, позволяющих работать при морозе, менять еще какие-то характеристики.
• Многое зависит от влажности поверхности – оптимальным показателем считается 55-70%: если влажность ниже, коэффициент усадки увеличится, материал начнет прессоваться.
• Чем меньше масса раствора, тем ниже коэффициент усадки.

Вывод

Если не принимать в расчет усадку, то в процессе эксплуатации здания это может привести к серьезным проблемам. Усадка тем больше, чем крупнее объект, увеличивается при отсутствии армирования, введении пластификаторов, выполнении работ в экстремальных условиях, несоблюдении технологии приготовления и использования раствора.

Рабочие швы

Рабочими называются швы между бетоном, который уже схватился и тем, что только что залит в пределах одного монолита. Холодный шов не приветствуется в строительстве, так как ухудшает прочность монолита, поэтому обычно опалубку стараются залить в один прием. Если же такой возможности нет – опалубку заполняют слоями, накладывая следующий до схватывания предыдущего.

Если же бетонирование выполняют с заметными паузами, следуют некоторым правилам: на схватившийся бетон следующие слоя кладут лишь по достижении им прочности минимум 150 кгс/см, старую поверхность чистят от цементных пленок щеткой или инструментом, пескоструем. Также для обеспечения лучшего сцепления используют битум, разные типы клея, грунта.

Если речь идет о колоннах, расположение усадочного шва должно быть на уровне низа прогона, верха фундамента, балок. Когда заливаются балки, шов делают на несколько сантиметров ниже поверхности плиты перекрытия, в обычных плитах шов должен быть параллельным меньшему из сечений плиты.

Компенсационные

Компенсационные швы выполняют для компенсирования теплового расширения и иных воздействий, становящихся причиной появления трещин. Такие швы рассекают конструкцию, деля ее на несколько отдельных монолитов.

Компенсационные швы нужны в таких случаях:

• Длина монолита составляет больше 50 метров (но в условиях сурового климата советуют вместо 50 принимать 25 метров)
• По периметру большого монолитного пола (чтобы избежать напряжений и трещин из-за усадки фундамента и стен)
• Вокруг колонн, которые стоят на уплотненном грунте или подсыпке

Требования к швам: толщина минимум 6 миллиметров, вокруг колонн можно делать квадратные (развернув на 45 градусов) или круглые швы, полости заполняют герметиком либо изоляционным материалом, чтобы избежать попадания туда грязи, влаги, микроорганизмов.

Усадочные

Задача усадочного шва – компенсировать неоднородность высыхания стяжки после заливки. Толстые слои бетона обычно сохнут неоднородно: сверху усадка больше, внутри меньше и это может деформировать основание. Но принудительное деление поверхности на площади исключит возможность появления трещин.

Основные правила выполнения:

• Фрагмент стяжки внутри швов выполняется прямоугольным либо квадратным, соотношение сторон должно быть максимум 1:1.5
• Только прямые линии, без изгибов
• Внутри помещения максимальный размер фрагмента между швами составляет 6х6 метров, на улице – 3х3. Бетонные дорожки делят продольным швом, если их ширина превышает 3.6 метра
• Г-образные участки делят на прямоугольники или квадраты
• Швы выполняют глубиной четверти/трети толщины стяжки

Технология

Компенсационные и усадочные швы выполняют так: в процессе заливки монолит делят рейками, досками, пластиковой вагонкой или кусками стекла на сектора, после схватывания элементы удаляют, бетон прорезают болгаркой с алмазным кругом.

Заключение

Избежать усадки бетона не удастся, но показатель можно существенно уменьшить, нивелировав его влияние на надежность и долговечность здания. Так, если в строительстве жилых зданий использовать бетон высоких марок, выполнять армирование, замес и заливку осуществлять в оптимальных условиях, с соблюдением пропорций состава, смесь обрабатывать вибратором, а влажность поверхности сохранять на оптимальном уровне, есть шанс сделать усадку практически незаметной. Но учитывать коэффициент усадки в проектировании строительстве здания все равно нужно.

Деформации бетона под нагрузкой, усадка и ползучесть.

Деформации бетона при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки деформации бетона продолжают возрастать в течение 3. 4 лет и более. С наибольшей интенсивностью онп нарастают в первые 3. 4 месяца действия нагрузки.

Участок 0—1 на рис. 1.17 характеризует деформации бетона при нагружении, причем кривизна этого участка зависит от скорости нагружения образца; участок 1—2 характеризует рост деформаций за время t выдержки под нагрузкой при постоянных напряжениях. Прирост деформаций постепенно затухает, их значение приближается к некоторому предельному.

Свойство бетона, характеризуемое нарастанием деформаций под действием длительно приложенной нагрузки, называют ползучестью бетона.

Как показывают опыты, с увеличением напряжений увеличивается и ползучесть бетона.

С достаточной степенью достоверности ползучесть бетона может быть объяснена сегодня вязким (т. е. связанным со временем действия нагрузки) течением гелевой структурной составляющей цементного камня, капиллярными явлениями (интенсификацией процесса отдачи воды при сжатии в окружающее пространство) и развивающимся во времени микротрещинообразованием.

Так, в частности, при нагружении затвердевшего цементного камня усилия передаются на гелевую структурную составляющую, и на кристаллический сросток. Затем гелевая составляющая начинает вязко деформироваться, вызывая постоянную разгрузку геля и догружение кристаллического сростка. В связи с этим происходит дальнейшая деформация структуры, которая протекает длительное время, постепенно затухая.

Обширный экспериментальный материал, накопленный в результате исследования ползучести бетона, позволяет оценить влияние различных факторов на процесс длительного деформирования бетона. Основное влияние на ползучесть оказывают размеры образца, содержание цементного теста, водоцементное отношение, влажность среды, возраст бетона в момент нагружения и некоторые другие. Поскольку ползучесть обусловлена (кроме всего прочего) интенсификацией отдачи влаги во внешнюю среду при действии напряжений, а влагообмен со средой облегчается у зон, находящихся вблизи поверхности образца, с уменьшением размеров образца ползучесть возрастает. С увеличением В/Ц при любом содержании цемента ползучесть увеличивается; это косвенно характеризует влияние класса бетона, поскольку содержание цемента и В/Ц определяют прочность бетона. При уменьшении относительной влажности деформации бетона увеличиваются. Чем больше возраст бетона в момент приложения нагрузки, тем деформации ползучести меньше, так как чем старее бетон, тем меньше геля в цементном камне.

Заполнители препятствуют проявлению ползучести цементного камня (ползучесть уменьшается пропорционально объему, занимаемому ими в единице объема бетона). С повышением прочности и модуля упругости каменных заполнителей ползучесть бетона уменьшается.

Ползучесть бетона при отрицательной температуре ниже, чем при нормальной положительной, причем с понижением температуры замораживания ползучесть понижается (хотя наблюдается даже при -100 °С), а предельных значений деформации ползучести достигают быстрее. При небольших напряжениях влияние замораживания на ползучесть заключается, в основном, в увеличении вязкости гелевой структурной составляющей цементного камня и цементации льдом начальных микротрещин. При высоких напряжениях заметную роль играет также смерзание трещин разрыва.

Ползучесть бетона проявляется при сжатии и растяжении, изгибе и кручении, однако наиболее изучена она при сжатии.

Данные опытов говорят о том, что в общем случае для бетона характерна нелинейность длительного деформирования и если, например, при сжатии при относительно низких уровнях нагрузки связь между напряжениями и деформациями ползучести достаточно близка к линейной, то по мере увеличения нагрузки ползучесть приобретает все более ярко выраженный нелинейный характер. Эти же данные свидетельствуют о весьма широком диапазоне изменения ползучести бетона. Так, в реальных условиях даже при относительно невысоких эксплуатационных нагрузках деформации ползучести могут в 2. 3 раза превышать упругие, возникающие в момент нагружения образца, а при очень высоких нагрузках — в 6. 8 раз и более.

Граница перехода из области так называемой линейной ползучести в область существенно нелинейной при сжатии примерно совпадает с нижней условной границей микротрещинообразования. Линейная ползучесть сопровождается уплотнением бетона и затухает во времени, асимптотически приближаясь к определенному пределу.

При численно равных или близких по абсолютной величине напряжениях разных знаков деформации ползучести при растяжении значительно (в среднем в 1,3. 1,7 раза) больше, чем при сжатии. Это можно объяснить тем, что при прочих равных условиях степень деструктивных изменений в бетоне при длительном растяжении больше, чем при сжатии.

При равных или близких уровнях напряжений разных знаков деформации ползучести при растяжении и сжатии достаточно близки (указанное обстоятельство широко используют при построении различных вариантов теории ползучести бетона).

Линейный характер ползучести при растяжении практически не изменяется вплоть до момента разрушения.

Ползучесть и влажностные деформации бетона находятся в тесной взаимосвязи. Однако в то время как влажностные деформации носят характер объемных, ползучесть развивается практически только в направлении действия усилия, приложенного к бетону.

Если наблюдать за деформациями бетона, твердеющего в обычной воздушной среде, то на основе принятого выше условного деления деформаций на категории их можно представить, как показано на рис. 1.19.

В течение времени образец не нагружен и в нем происходит только усадка. Затем прикладывается сжимающая нагрузка.

Ползучесть бетона и релаксация напряжений оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой: ползучесть — при оценке трещиностойкости и дефор- мативности конструкций, расчете на устойчивость и определении внутренних усилий в статически неопределимых конструкциях, релаксация — при расчете неразрезных балок на осадку опор, смещение опор в арках и комбинированных конструкциях, расчете арок на вводимые с помощью домкратов усилия, и т. п.

Деформации бетона при действии многократно повторной нагрузки. Многократно повторные нагрузки могут иметь статический и динамический характер. Статическими многократно повторными нагрузками являются такие, возрастание и снижение которых происходит медленно, а силы инерции не оказывают заметного влияния на результаты расчета. К динамическим многократно повторным относят меняющиеся во времени нагрузки, при которых нельзя пренебречь влиянием инерционных сил на напряженно-деформированное состояние элементов конструкции или конструкции в целом. К статическим многократно повторным можно отнести нагрузки от периодически освобождаемых хранилищ, к динамическим — от вибрационных машин.

Многократное повторение циклов нагружения и разгрузки при сжатии бетонного образца приводит к постепенному накоплению неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов нагружения, когда неупругие деформации достигают предельного значения, бетон начинает работать упруго. На диаграмме (рис. 1.21) показано, что с каждым последующим циклом нагружения происходит накопление остаточных деформаций и кривые ab — eh выпрямляются, переходя в прямую линию, соответствующую упругим деформациям. Линии нагружения и разгрузки образуют петлю гистерезиса, площадь которой характеризует энергию, затраченную за один цикл нагружения на преодоление внутреннего трения (диссипация — рассеяние энергии за счет внутреннего трения).

Такой характер деформаций наблюдают лишь при напряжениях, не превышающих предела усталости, когда неупругие деформации представляют собой, по сути, деформации быстронатекающей ползучести. В этом случае диаграмма будет устойчивой при неограниченно большом числе циклов нагружения (практически при нескольких миллионах). Если напряжения превышают предел усталости, т. е. в бетоне проявляются еще и неупруго-мгновенные деформации, то после некоторого числа циклов нагружения неупругие деформации нарастают неограниченно и происходит разрушение образца; при этом выпуклость кривых оь — ЕЬ обращается в противоположную сторону (петля гистерезиса ограничена двумя вогнутыми линиями), а угол наклона их к оси абсцисс последовательно уменьшается.

При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200. 600) наблюдается интенсификация свойств длительного деформирования бетона — проявляется виброползучесть (динамическая ползучесть), обусловленная как тиксотропными свойствами гелевой структурной составляющей цементного камня (способностью геля к периодическому псевдоразжижению и загустеванию при механических воздействиях), подвижность которой зависит от частоты и интенсивности динамических воздействий, так и от степени ослабления межкристаллических контактов в цементном камне за счет градиента инерционных сил.

Виброползучесть обладает по сравнению со статической ползучестью ускоренным развитием и большими предельными значениями деформаций, более низким положением условной границы перехода линейной ползучести в нелинейную, увеличением нелинейности во времени и снижением степени обратимости деформаций ползучести. Это связано, по-видимому, с более ранним образованием и, следовательно, более интенсивным развитием микротрещин, а возможно также и с уменьшением вязкости гелевой структурной составляющей.

Усадка, ползучесть бетона

Усадка – свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде. Усадка бетона зависит:

1.количества и вида цемента — чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка

2.количество воды — чем больше отношение вода/цемент, тем больше усадка.

3.крупности заполнителя-при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше

4.присутствие различных гидравлических добавок и ускорителей твердения — они, как правило, увеличивают усадку

Ползучесть – это свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях. Природа ползучести бетона объясняется его структурой , длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой .

Влияние ползучести на работу ж/б элементов:

”─” в изгибающих элементах ползучесть приводит к увеличению прогибов; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов и снижение несущей способности ;в преднапряженных конструкциях ползучесть приводит к потерям предварительного напряжения

“+”в статически неопределимых системах ползучесть смягчает концентрацию напряжений ; в коротких центрально сжатых элементах ползучесть способствует более полному использованию прочности арматуры.

Влияние усадки на работу ж/б элементов:Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадке способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах ж/б элементов ,которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определяемой ж/б конструкции. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов.

|	следующая лекция ==>
Основы технологии сборных железобетонных изделии	|	Арматура: назначение и виды, классификация, применение в конструкциях.

Дата добавления: 2018-10-18 ; просмотров: 119 | Нарушение авторских прав

Усадка и деформация бетона

Усадкой бетона называется уменьшение его объема при полном высыхании и твердении входящего в состав вяжущего материала. В год такая деформация может достигать около 2 мм на м. Линейное измерение этих показателей будет достоверней, если высыхание и твердение будет проведено при относительной влажности до 60 процентов. Усадка может зависеть как при испарении жидкости в составе бетона, так и при неправильном выборе заполнителя и вяжущего материала. Выбор последнего обычно падает на цементный камень.

Однако при правильном подборе заполнителя показатели усадки можно значительно уменьшить. Так же на деформацию влияет процентное соотношение заполнителя к цементу. Количество цемента прямо пропорционально влияет на усадку бетона. Проще говоря, чем больше качественно подобранного заполнителя – тем меньше будет уменьшаться объем при высыхании цементного камня.

Например, для «тяжелого» бетона лучше использовать жесткий наполнитель, а для более «легкого» подойдет более пористый. Тяжелый тип бетона обычно всегда подвергается меньшей деформации. Коэффициент усадки при таких условиях составит: для легкого бетона – от 0,4 до 0,9 мм на м, а для тяжелого – не более 0,5 мм на м. Зернистость выбранного заполнителя также влияет на усадку. Оптимальным вариантом будет, если заполнитель подобран с пористым зерновым составом, так как бетон с мелким зерном, кроме повышенной усадки отличается еще и излишней ползучестью.

Усадочные напряжения и свойства бетона

Усадочные напряжения проявляются, когда что-то мешает деформации бетона. В таком случае, ползучесть бетона может только улучшить его качество. Если предварительно происходило растяжение цементного камня, то усадка бетона впоследствии значительно уменьшиться. Усадочное напряжение – свойство, отличающееся от усадочной деформации. Оно напрямую влияет на коэффициент усадки.

Нередко из-за использования заполнителя с менее прерывистым зерном – возникают большие усадочные напряжения и в бетоне образуются мелкие трещины. В этом случае прочность бетона существенно снижается. Такие дефекты приводят к тому, что бетон утрачивает свою стойкость к агрессивным температурам, (ухудшается морозостойкость и огнестойкость) а также, уменьшается его водонепроницаемость. Подразделяется бетон на несколько видов:

Обычный, для подземных сооружений, для дорожных покрытий, гидротехнический, а так же бетон для спецназначения (сталебетон, кислотостойкий, жаростойкий и др.). Если при укладке бетона в опалубку сначала засыпается заполнитель, а потом нагнетают раствор – вероятность образования трещин увеличивается. Когда раздельное бетонирование применяется при условии, что эксплуатация сооружений будет использоваться в воде – это не повлияет на качество бетона.

В остальных случаях лучше использовать более пористые заполнители с низким модулем. Водонепроницаемость, морозостойкость и огнестойкость такого бетона увеличивается, а также увеличивается срок эксплуатации сооружений. Кстати, такое свойство, как огнестойкость появилось за счет его теплопроводности, которая выше, чем у кирпича, но ниже чем у стали. Бетон способен выдержать температуру до 1000 градусов и не разрушиться. Важна так же проверка качества бетона.

Измеряют прочность бетона путем сжатия образцов. Климатические показатели измеряются в специальной камере. Правильно подобранный состав материалов бетона прямо пропорционально влияет на его удобство его укладки. Так же нужно понимать, что гидрирование после полного высыхания бетона не поможет восстановить последствия усадки.

Применение расширяющего цемента

Прочность и плотность – одни из самых важных свойств бетона. Последнее влияет на первое. Прочность же зависит от консистенции изготовляемой смеси и определяется прочностью гравия и щебня, входящих в состав. Так же важен цементный раствор.

На данный момент в строительстве популярно использование напрягающего (расширяющего) цементного камня. По некоторым данным при использовании такого камня вкупе с пористым заполнителем приводит к понижению модуля упругости, соответственно, влияет на повышение качества бетона. Такое сцепление компонентов будет надежнее. Обычный цементный камень при высыхании терпит усадочную деформацию, тогда как расширяющий дает обратный эффект.

Если рассмотреть подробнее: до полного затвердевания цементного камня и появления в бетоне микротрещин — заполнитель с пористым зерном «сужается» за счет расширения цемента. Таким образом, все компоненты бетона надежно сцепляются и усадочное напряжение уменьшается. А значит, повышается прочность и долголетие конструкций.

Процесс усадки бетона

Какой бы прочностью не обладали бетонные строительные материалы, используемые для возведения зданий, от оседания им никуда не деться. Рассмотрим проблему более детально, выясним, что нужно делать, чтобы не допустить усадки бетона.

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.

Основные виды

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.

Как предотвратить процесс оседания бетона?

Усадка бетона считается естественным процессом, избежать которого невозможно. Единственным вариантом решения данной проблемы является ее предотвращение посредством точного просчета усадки раствора, а также закладки материала с запасом, учитывая объемы деформации. Тогда вы получите необходимую конечную плотность.

Самостоятельно, без профессиональной помощи рассчитать процент оседания бетонной смеси практически невозможно. Если строится одноэтажное здание, усадка бетона не несет серьезных проблем. Но при возведении многоуровневых высоток этим фактором пренебрегать нельзя. Ведь чем больше высота здания, тем сильнее проявится погрешность не рассчитанной прежде усадки.

Здесь необходимо быть предельно точным в расчетах, делать это нужно до начала стройки, ведь потом возмещать недостающее количество строительной смеси или удалять ее излишки невероятно сложно. Производители бетонов немного облегчили задачу строителям, указав в инструкции к строительным смесям коэффициенты их усаживания. Главное – правильно приготовить раствор, а также учесть погрешности, исходя из опыта других.

Также на процесс оседания бетонной смеси влияет процент влажности. Чтобы избежать оседания, коэффициент влаги на поверхности бетона при заливке должен быть более 55, но не выше 70%. Этого можно достичь, при твердении покрыв верх бетонной конструкции водой.

Нюансы усадки при разных условиях

Метод вибрации

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.

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.