определение и коэффициенты усадки бетона при твердении

Строительные растворы при застывании изменяют объем в сторону снижения, что приводит к образованию трещин. Параметр зависит от марки использованного цемента, количества воды в смеси и способа уплотнения. Разработаны методики, позволяющие снизить усадку и предотвратить разрушение бетонной подушки, но полностью нейтрализовать процесс невозможно.

При воздействии на материал некоторых факторов, может происходить его изменение.

Что такое усадка бетона

Усадка бетона — это естественный процесс падения объема смеси на базе цемента по мере испарения воды и полимеризации пластификаторов. Из-за выхода жидкости происходит сближение частиц раствора, процесс продолжается вплоть до полного схватывания бетона. На время застывания влияют внешние факторы и характеристики компонентов, использованных при получении смеси. Усадка бетона при твердении регламентируется стандартом ГОСТ 24544-81, который допускает предельный коэффициент 3 % (медианное значение для цементных смесей установлено на уровне 1,5 %).

Коэффициент усадки бетона

Базовые причины, вызывающие изменение объема строительных смесей:

• испарение воды из поверхностного слоя и толщи раствора;
• контракционное стягивание, возникающее при взаимодействии компонентов цементной смеси с водой;
• карбонизация, происходящая из-за взаимодействия раствора с углекислым газом и приводящая к формированию карбоната кальция.

Из-за естественных, природных причин и химических реакций  происходят изменения. 

Существует градация усадки по времени возникновения:

1. Пластическая усадка, происходящая на протяжении 8 часов после заполнения опалубки. Затем снижающаяся до значений, не оказывающих влияния на прочность бетонного основания. Возникает из-за удаления воды в атмосферу, грунт и опалубку из дерева. Для устранения негативного явления монтируют гидроизоляционный слой и предусматривают опорную плиту из тощего бетона. Показатель измеряется в процентах, но застройщики принимают допустимое значение на уровне 4 мм на 1 м бетонной конструкции.
2. После затвердевания раствора до прочности, составляющей 50-70% от марочного значения, начинается усадка бетона со временем или аутогенный процесс. Деформации достигают до 1 мм на 1 м, при строительстве частных домов параметр не учитывают. Усадка продолжается на протяжении 28 суток при соблюдении стандартных внешних условий, вызывает образование микроскопических трещин в массивных конструкциях.
3. Корректировка объема застывшего бетона продолжается на протяжении 90-120 суток после заполнения опалубки. Ранее при использовании стандартной цементной смеси монолитную плиту выдерживали до 6-8 месяцев, а затем начинали возводить фундамент и стены. Применение специальных присадок и установка армирующей сетки позволяют минимизировать коэффициент усадки застывшего материала, ускоряя постройку дома.

Применяя специальное оборудование при заливке можно снизить усадку.

Расчет усадки бетона осуществляют на основании нормативов и методических алгоритмов, имеющихся в стандартах ГОСТ 24544-81 и СП 63. 1330.2012 (развитие документа СНиП 52-01 в редакции от 2003 г.). Для расчета коэффициента усадки бетона при заливке по СНИП используют брошюру, разработанную и принятую НИИ бетона и железобетона в 2014 г, посвященную ползучести бетонных смесей,

Поскольку методики требуют проведения анализа грунта и определения внешних факторов, то научные расчеты производят перед началом строительства многоэтажных домов. Для грубой оценки (например при возведении коттеджа) принимают коэффициент в пределах 0,97-1,0%, соответствующий линейной деформации бетонной подушки в диапазоне от 0,2 до 0,4 мм на каждый метр.

Как уменьшить усадку бетона

Чтобы снизить финансовые потери от усадки бетона, следует заранее просчитывать коэффициенты, и заливать раствор с запасом. При возведении малоэтажных объектов деформация цементной подушки не оказывает большого влияния на долговечность дома. Но при строительстве многоквартирных жилых домов, возникающая деформация от усадки бетона приводит к трещинам стен и перекрытий.

Для снижения усадки в смесь вводят присадки на основе волокон из полипропилена, которые армируют материал и предотвращают формирование трещин. Альтернативный метод основан на применении пластификаторов, которые под воздействием воды расширяются, обеспечивая распределение начальных напряжений в находящейся в опалубке бетонной смеси. Минимальные деформации возникают при температуре воздуха +20°…+30°С и относительной влажности не выше 90%. Для снижения риска растрескивания поверхность орошают водой или применяют паровой обогрев.

Химические присадки уменьшают показатель снижения объема в 2-2,5 раза, механизация процесса уплотнения позволяет повысить качество цементной подушки. Например, усадка бетона при вибрировании падает на 0,6-0,8%, методика обеспечивает заполнение мелких пустот и удаление воздушных пузырей, негативно влияющих на прочность. Коэффициент зависит от процентного соотношения цемента и песка или условий сушки.

Усадка бетона — коэффициент и нормы усадки при схватывании и твердении

Первичную усадку можно наблюдать на этапе застывания бетона в первые часы после его укладки, она составляет порядка 3 мм на 1 метр.

Вторичная происходит с началом затвердевания бетона. Окончательно процесс завершается после полного схватывания смеси, то есть через 1 месяц.

Виды усадки

Кроме удаления влаги, на усадку бетона также влияет химическая реакция, происходящая между его компонентами. К таким процессам относят карбонизацию и контракционную усадку. Карбонизация – это взаимодействие цемента с углекислым газом, которая приводит к снижению щелочности жидкой фазы бетона. В результате таких процессов образуется известняк, а вода вытесняется по капиллярам. Это всё ведет к уплотнению бетона и как следствие его воздушной усадке.

Появление контракционной усадки, вызвано наличием меньшего объёма новообразований цементного камня, в сравнении с объемами остальных веществ, вступающих в реакцию. Такая усадка возникает во время химических процессов между цементом и водой, и оказывает влияние на структуру пор в материале.

Изменение линейных размеров может длится от одного до двух лет, поэтому этот фактор нужно обязательно учитывать при строительстве. Для уменьшения времени усадки, бетон подвергается армированию, что позволяет увеличить прочностные качества монолита. Также в смесь можно добавить разные модификаторы.

Коэффициент усадки бетона

Усадочные процессы негативно влияют на бетонные конструкции. Они подвергают их деформации и способствуют появлению трещин. Это в свою очередь ведёт к потере рабочих свойств сооружений и требует проведение ремонта.

Чтобы свести показатели усадочных процессов к минимуму, строители выполняют расчёты по ГОСТ 24544-81. С использованием существующих технологий, коэффициент усадки не должен быть выше 1-1,5%. Такое значение изменяет линейные размеры бетона примерно на 0,3 миллиметра на 1 метр.

При расчете коэффициента, стоит обратить внимание на тип заполнителя бетона. Чем крупнее будет щебень, тем ниже значение коэффициента. Смеси с тяжёлыми заполнителями, поддаются меньшей усадке чем с легкими. Изменение линейных размеров бетона на тяжёлых заполнителях, почти в 2 раза меньше, чем на легких.

Значение показателя определяется путём суммирования периодов застывания массы и набора прочности.

Борьба с усадочными процессами

Наиболее эффективным методом борьбы, является правильный расчёт составляющих бетона. Количество материала в расчёте нужно брать с маленьким запасом, учитывая его конечную, а не начальную плотность. В таких случаях бетон лучше купить у производителя. Компания «ЕвроБетон» производит высококачественный товарный бетон всех основных марок.

Но не всегда есть возможность заказать бетон. Поэтому перед началом работ, нужно ознакомиться с методами снижения усадки, предотвратив тем самым её пагубные последствия:

• определить оптимальный состав бетона – воды, цемента и видов наполнителей;
• использование алитового цемента, который в отличии от алюминатного, даёт меньшую усадку;
• создание влажностных условий твердения бетона, путем периодического смачивания поверхности;
• использование вибраторов после заливки, для устранения излишек воздуха;
• добавление разных пластификаторов или извести.

Типы усадки бетона [подробное исследование]

Усадка бетона неизбежна при нормальных обстоятельствах, если только мы не используем специальный тип цемента для строительства. Единственным решением для этого может быть безусадочный бетон, изготовленный с использованием цемента, объем которого не уменьшается после заливки.

Однако в общем строительстве мы не можем использовать безусадочный бетон из-за его производства в малых количествах и дороговизны в использовании.

Таким образом, мы должны столкнуться с проблемой усадки бетона во время строительства и принять необходимые меры для минимизации воздействия на долговечность бетона .

Что такое усадка бетона?

Усадка – это изменение объема с течением времени, при котором размеры бетона уменьшаются.

Объем бетона изменяется в процессе твердения за счет эффекта гидратации цемента и процесса высыхания бетона с потерей воды в тесте.

Уменьшение объема в бетонном покрытии с трех сторон происходит в вертикальном направлении за счет уменьшения высоты бетона.

Типы усадки бетона

В основном существует шесть типов усадки бетона. Перечислим их.

• Пластиковая усадка
• Химическая усадка
• Автогенная усадка
• Усадка при высыхании 90 009
• Термоусадка
• Карбонизация Усадка

Пластическая усадка

Пластическая усадка происходит на поверхности свежего бетона из-за испарения с поверхности или поглощения бетоном или подстилкой.

Также это можно определить, когда скорость испарения превышает скорость просачивания бетона.

Этот очень быстрый процесс происходит в первые несколько часов заливки бетона .

Свежий бетон движется навстречу друг другу в этом процессе. Усадка в поверхностном слое препятствует перемещению внутренних деталей и приводит к развитию растягивающих напряжений в свежем бетоне.

Когда эти растягивающие напряжения превышают предел прочности свежего бетона, могут появиться пластические трещины.

Эти трещины должны быть шире примерно на 1-2 мм и иметь длину 300-500 мм. Глубина трещины может быть около 20-50 мм.

Основной причиной образования трещин при пластической усадке является испарение воды с поверхности бетона. Если этого можно избежать, усадка бетона может быть сведена к минимуму.

Главное, что мы можем сделать, это адекватное и своевременное отверждение бетона. Для получения дополнительной информации по отверждению можно обратиться к статье о методах отверждения бетона .

Кроме того, следует обратить внимание на время отверждения , чтобы избежать пластической усадки бетона.

Химическая усадка

Происходит уменьшение объема бетона при химическом связывании воды в процессе гидратации цемента.

Кроме того, в цементном тесте в процессе гидратации происходит несколько химических превращений. Эти действия уменьшают объем бетона и называются химической усадкой.

Автогенная усадка

Автогенная усадка также называется усадкой при гидратации, поскольку она напрямую связана с использованием воды для заливки бетона для реакции гидратации.

Кроме того, нет четкой границы между автогенной усадкой и химической усадкой.

При недостатке влаги для проведения реакции гидратации происходит набухание бетона.

В этой ситуации происходит изъятие воды из капиллярной заливки для реакции гидратации, что приводит к усадке бетона.

Процесс отвода лейкой воды из капилляров для процесса гидратации называется самоосушением.

Усадка при высыхании

Усадка затвердевшего бетона из-за потери в бетоне капиллярной воды определяется как усадка бетона при высыхании.

Усадка при высыхании происходит через 3-4 дня или даже через несколько месяцев после бетонирования.

Тонкие элементы с большой площадью поверхности подвержены образованию усадочных трещин в бетоне при высыхании. Подробнее о причинах усадки будет рассказано далее в статье.

Усадка при высыхании приводит к растрескиванию бетона при движении бетона, удерживаемом такими элементами, как земляное полотно, фундамент, часть конструкций и т. д.

Рассмотрим фактор, влияющий на усадку при высыхании.

Факторы, влияющие на усадку при высыхании

• Состав бетонной смеси – чрезмерное содержание цемента, высокое содержание воды и т. д. влияют на усадку при высыхании.
• Добавление чрезмерного количества воды на строительных площадках.
• недостаточное армирование для восприятия внутреннего напряжения из-за внутренних ограничителей
• Недостаточное отверждение бетона.
• Отсутствие контроля над испарением воды с бетонной поверхности
• Отсутствие деформационных швов. Соединения должны быть предусмотрены в соответствии с требованиями кодекса. Расстояние между стыками должно соответствовать требованиям к сечению и основываться на предусмотренной площади арматуры.
• Геометрия бетона.
• Использование химических и минеральных добавок. Химические добавки в малых дозах не влияют на усадку бетона при высыхании. Однако, когда используется высокая дозировка, это оказывает более сильное влияние на усадку при высыхании.
• Недостаточное уплотнение бетона может вызвать усадку бетона.

Усадка бетона может быть сведена к минимуму, если мы примем во внимание вышеуказанные факторы, когда это применимо и необходимо.

Так как растрескивание такого рода напрямую влияет на долговечность бетона , необходимо уделять самое пристальное внимание.

На следующем рисунке показано изменение усадки при высыхании и автогенной усадки.

Термическая усадка

Термическая усадка, также известная как термическое сжатие, представляет собой тип усадки бетона из-за теплового движения бетона.

Температура бетона различна и при ее повышении бетон расширяется, а при понижении бетон сжимается.

Если это продолжается в бетоне и когда в бетоне есть внутренние ограничения, бетон растрескивается из-за возникающих в нем напряжений.

Сезонные колебания температуры могут привести к растрескиванию бетона в результате термического сжатия бетона.

Кроме того, это может быть связано с повышением температуры во время процесса гидратации.

Усадка при карбонизации

Усадка при карбонизации происходит из-за карбонизации бетона.

Карбонизация Процесс разрушения бетона, приводящий к коррозии арматуры. Это происходит за счет углекислого газа в атмосфере, образующегося с затвердевшим бетоном.

При этом вес бетона увеличивается, а его объем уменьшается. Это вызывает усадку бетона.

Давайте обсудим некоторые важные факторы, влияющие на все виды усадки.

Факторы, влияющие на усадку бетона

Давайте обсудим основные факторы, которые необходимо контролировать, чтобы избежать/свести к минимуму усадку.

• Боковые ограничители : Ограничители в бетоне связаны с фундаментом, частью конструкции и т. д. Это можно контролировать, создавая регулярные деформационные швы в бетоне. Соответствующие компенсационные швы также минимизируют растрескивание бетона из-за уменьшения боковых ограничений.
• Относительная влажность : Это хорошо известный факт, что связь между относительной влажностью и испарением.
• Модуль упругости заполнителей : Чем выше модуль заполнителя, тем меньше вероятность растрескивания или усадки.
• Соотношение воды и цемента : Содержание цемента, содержание воды напрямую влияют на усадку. Чем выше содержание цемента, тем выше усадка.
• Геометрия бетонного элемента

Усадка бетона, определение, типы и факторы, влияющие на усадку бетона

 

 

Усадка бетона

Объем бетона изменяется либо автогенно, либо искусственно. Изменение объема является одним из самых вредных свойств бетона, которое влияет на его долговременную прочность и долговечность. Для инженера-практика аспект изменения объема бетона важен с той точки зрения, что он вызывает неприглядные трещины в бетоне и называется усадкой бетона. -6 м/м.

В другом месте мы обсуждали эффект изменения объема из-за тепловых свойств заполнителя и бетона, из-за реакции щелочи/заполнителя, из-за действия сульфата и т. д. Сейчас мы обсудим изменение объема из-за внутренних свойств бетона « усадка ». Одним из наиболее неприятных дефектов бетона является наличие трещин, особенно в полах и тротуарах. Одним из важных факторов, способствующих образованию трещин в полах и тротуарах, является усадка. Трудно сделать бетон, который не дает усадки и не трескается. Это только вопрос величины. Теперь вопрос, как уменьшить усадку и усадочные трещины в бетонных конструкциях. Термин «усадка» широко используется для описания различных аспектов изменения объема бетона из-за потери влаги на разных стадиях по разным причинам.

Типы усадки бетона

Чтобы лучше понять этот аспект, усадку можно классифицировать следующим образом:

(a) Пластическая усадка бетона

(b) Усадка бетона при высыхании

(c) Автогенная усадка в бетоне

(d) Карбонизация Усадка в бетоне

Типы усадки описаны ниже:

а.

Пластиковая усадка

Пластическая усадка – это сокращение объема из-за движения воды из бетона, пока он еще находится в пластическом состоянии или до того, как он затвердеет. Это движение воды может происходить во время процесса гидратации или из-за условий окружающей среды, приводящих к испарению воды, которая находится на поверхности влажного бетона. Таким образом, чем больше бетон течет, тем больше должна быть пластическая усадка. Пластическая усадка пропорциональна содержанию цемента и, следовательно, обратно пропорциональна водоцементному отношению.

Усадка бетона этого типа проявляется вскоре после укладки бетона в формы, когда бетон еще находится в пластическом состоянии. Потеря воды в результате испарения с поверхности бетона или поглощения заполнителем или грунтовым основанием считается причиной пластической усадки. Потеря воды приводит к уменьшению объема. Частицы заполнителя или арматура оседают, из-за чего могут появиться трещины на поверхности или внутри вокруг заполнителя или арматуры.

В случае полов и тротуаров, где площадь поверхности, подвергающаяся высыханию, велика по сравнению с глубиной, когда эта большая поверхность подвергается воздействию жаркого солнца и иссушающего ветра, поверхность бетона высыхает очень быстро, что приводит к пластической усадке. Иногда, даже если бетон не подвергался интенсивной сушке, но плохо уложен с высоким водоцементным отношением, большое количество воды просачивается и скапливается на поверхности. Когда эта вода на поверхности высыхает, поверхностный бетон разрушается, вызывая трещины. Пластичный бетон иногда подвергается непреднамеренной вибрации или деформации опоры опалубки, что опять-таки вызывает пластические усадочные трещины, так как бетон на этой стадии еще не набрал достаточной прочности. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что высокое водоцементное отношение, неправильный состав бетона, быстрое высыхание, сильное кровотечение, непреднамеренная вибрация и т. д. являются одними из причин пластической усадки. Можно также добавить, что более насыщенный бетон подвержен большей пластической усадке.

Пластическая усадка бетона может быть уменьшена главным образом за счет предотвращения быстрой потери воды с поверхности. Это можно сделать, покрыв поверхность полиэтиленовой пленкой сразу после отделочных работ; распылением тумана, сохраняющим поверхность влажной; или работая ночью. Также рекомендуется использовать небольшое количество алюминиевой пудры, чтобы компенсировать эффект пластиковой усадки. Точно так же расширяющийся цемент или цемент, компенсирующий усадку, также можно использовать для контроля усадки во время схватывания бетона.

б. Усадка при высыхании

Подобно тому, как гидратация цемента является непрерывным процессом, усадка при высыхании также является непрерывным процессом, когда бетон подвергается воздействию условий сушки. Сухая усадка бетона аналогична механизму сушки деревянного образца. Потеря свободной воды, содержащейся в затвердевшем бетоне, не приводит к заметному изменению размеров. Именно потеря воды, содержащейся в порах геля, вызывает изменение объема. В условиях сушки гелевая вода постепенно теряется в течение длительного времени, пока бетон находится в условиях сушки. Цементная паста дает усадку больше, чем раствор, а раствор дает усадку больше, чем бетон. Бетон, изготовленный с заполнителем меньшего размера, дает усадку больше, чем бетон, изготовленный с заполнителем большего размера. Величина усадки при высыхании также зависит от тонкости геля.

Чем тоньше гель, тем больше усадка.

в. Автогенная усадка

Автогенная усадка, также известная как «базовая усадка», представляет собой усадку из-за химических реакций между цементом и водой, известную как гидратация, и не включает воздействия окружающей среды, такие как изменения температуры и влажности. Его величиной обычно пренебрегают в бетонах с В/Ц более 0,40.

В консервативной системе, т. е. там, где не допускается перемещение влаги в пасту или из нее, при постоянной температуре может происходить некоторая усадка. Усадка такой консервативной системы известна как аутогенная усадка. Автогенная усадка имеет второстепенное значение и не применима на практике во многих ситуациях, за исключением массы бетона внутри бетонной плотины.

д. Усадка при карбонизации

Углекислый газ, присутствующий в атмосфере, реагирует в присутствии воды с гидратированным цементом. Гидроксид кальция [Ca(OH) ² ] превращается в карбонат кальция, а также разлагаются некоторые другие соединения цемента. Такое полное разложение соединения кальция в гидратированном цементе химически возможно даже при низком давлении углекислого газа в нормальной атмосфере. Карбонизация проникает за открытую поверхность бетона очень медленно. Скорость проникновения углекислого газа зависит также от влажности бетона и относительной влажности окружающей среды. Карбонизация сопровождается увеличением веса бетона и усадкой.

Усадка при карбонизации, вероятно, вызвана растворением кристаллов гидроксида кальция и отложением на его месте карбоната кальция. Поскольку новый продукт имеет меньший объем, чем замененный продукт, происходит усадка. Карбонизация бетона также приводит к увеличению прочности и снижению проницаемости, возможно, потому, что вода, выделяемая при карбонизации, способствует процессу гидратации, а также карбонат кальция уменьшает пустоты в цементном тесте. Поскольку величина усадки при карбонизации очень мала по сравнению с усадкой при длительной сушке, этот аспект не имеет большого значения 9.0003

Факторы, влияющие на усадку бетона

1. Влажность (условия высыхания)
2. Водоцементное отношение
3. Твердость агрегатов
4. Движение влаги в бетоне
5. Тип крупных заполнителей
6. Форма агрегатов

Другие факторы, влияющие на величину усадки, включают пропорции смеси, свойства материала, методы отверждения, условия окружающей среды и геометрию образца. Установлено, что содержание воды влияет на величину и скорость усадки бетона при высыхании. Другие факторы включают упругие свойства заполнителя, используемого в бетонной смеси; как правило, заполнитель с высоким модулем упругости дает бетон с низкой усадкой. Заполнители, содержащие глинистые минералы, также будут влиять на усадку.

Влажность (условия высыхания)

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на усадку бетона, являются условия высыхания или, другими словами, относительная влажность атмосферы, в которой хранится образец бетона. Если бетон поместить в 100-процентную относительную влажность на какое-то время, никакой усадки не произойдет; вместо этого будет небольшой отек. Типичная зависимость между усадкой и временем хранения бетона при различной относительной влажности показана на рисунке.

График показывает, что величина усадки увеличивается со временем, а также с уменьшением относительной влажности. Скорость усадки быстро уменьшается со временем . Замечено, что от 14 до 34 процентов 20-летней усадки происходит за 2 недели, от 40 до 80 процентов 20-летней усадки происходит за 3 месяца и от 66 до 85 процентов 20-летней усадки происходит за один год.

Водоцементное отношение

Другим важным фактором, влияющим на величину усадки, является водоцементное отношение бетона. Богатство бетона также оказывает значительное влияние на усадку. Заполнитель играет важную роль в усадочных свойствах бетона. Количество заполнителя, его размер и модуль упругости влияют на величину усадки при высыхании.

Твердость заполнителей

Более твердый заполнитель с более высоким модулем упругости, такой как кварц, дает усадку намного меньше, чем более мягкие заполнители, такие как песчаник.

Движение влаги в бетоне

Бетон дает усадку при сушке на воздухе при более низкой относительной влажности и набухает при хранении при 100-процентной относительной влажности или при помещении в воду. Подобно тому, как усадка при высыхании является непрерывным процессом, набухание при постоянном помещении в воду также является непрерывным процессом. Если образец бетона, подвергнутый сушке, на каком-то этапе подвергается смачиванию, он начинает набухать. Интересно отметить, что вся первоначальная усадка при высыхании не восстанавливается даже после длительного хранения в воде, что показывает, что явление усадки при высыхании не является полностью обратимым. Так же, как усадка при высыхании происходит из-за потери адсорбированной воды вокруг частиц геля, набухание происходит из-за адсорбции воды цементным гелем. Молекулы воды действуют против когезионной силы и стремятся раздвинуть частицы геля дальше друг от друга, в результате чего происходит набухание. Кроме того, попадание воды снижает поверхностное натяжение геля.

Свойство набухания при помещении во влажное состояние и усадки при помещении в высыхающее состояние называется движением влаги в бетоне.

Тип крупного заполнителя

Различные типы заполнителя будут иметь разные свойства и, следовательно, по-разному влияют на усадку бетона. Как правило, бетоны, изготовленные из безусадочных заполнителей с высоким модулем упругости, будут иметь низкую усадку.