Что такое усадка бетона
Что такое усадка бетона, каковы ее последствия?
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 усадки бетона
Причины усадки бетона — это в первую очередь потеря воды, составляющей немалую часть исходной массы раствора. Процесс начинается сразу же после заливки в опалубку, и на этой стадии он считается наиболее опасным для будущей конструкции. Свести к минимуму или вовсе исключить пластическую усадку следует сразу же, на первом этапе, для чего применяются специальные добавки в раствор.
Большое значение имеет и выбор цемента для ответственных конструкций. Бетон марки М400, применяемый в проектном строительстве, изготавливается на основе цементов алитового типа, в процессе гидратации образуется гидроксид кальция, который позволяет свести к минимуму потерю объема.
Последствия потери объема бетонным монолитом
Говорить о последствиях усадки можно, разобравшись в особенностях процесса. Суть его — уменьшение объема бетона, которое начинается с потери воды и сужения внутренних капиллярных канальцев в монолите. Впоследствии усадка на разных этапах может дать ряд опасных эффектов:
- уменьшается объем, а значит и линейные размеры конструкции, что приводит к изменениям в распределении усилий внутри конструкции;
- если в конструкции связано несколько деталей, то их связь по нагрузке будет изменяться, что может привести к разрушению силовых узлов;
- по мере усадки бетона в массивном монолите возможно появление трещин, которые будут идти от поверхности в глубину конструкции;
- длительность процесса зависит от объема монолита — чем больше по размерам деталь, тем больше времени требуется на выход из нее влаги, а это означает, что усадка будет происходить неравномерно.
Считается допустимой усадка, которая происходит в течение примерно 3 — 4 месяцев после заливки, когда активно идет процесс твердения бетона. Масштабы изменения объема составляют от 1 до 3 мм на метр монолита. При таких изменениях последствия не критичны для конструкции.
Опасность усадки для ответственных бетонных конструкций
Опасность усадки проявляется в конструкциях, где используются элементы различного объема, так как скорость изменений будет разной. Вполне вероятно, что при таком развитии событий произойдет разнонаправленное изменение размеров связанных деталей, а это станет причиной значительного смещения. Учитывая, что бетонный монолит чувствителен к нагрузкам на растяжение и перекручивающую деформацию, вероятность разрушения связей между деталями и растрескивания монолита становится очень большой.
По наблюдениям специалистов, возникшая на первом этапе пластичная усадка раствора в опалубке представляет собой наибольшую опасность для строительной конструкции. Устранить последствия значительного уменьшения объема из-за потери воды оказывается практически невозможно, так как процесс протекает по нескольким направлениям. Это и испарение, и частичное проникновение воды в другие части конструкции, что типично для дорожного строительства, и характер взаимодействия воды с наполнителем.
Как предотвратить усадку бетона
Практика показывает, что в случае применения тяжелых бетонов с крупными наполнителями величина усадки будет небольшой, поэтому важно на подготовительном этапе правильно подобрать тип материала и купить бетон у добросовестного поставщика. Непосредственно от исполнителей зависит правильность укладки и соблюдение графика заливки. Если потери воды из раствора связаны с нарушением температурного режима или затягиванием процесса уплотнения в опалубке, то усадка может составить до 10 см на метр, что станет причиной полной непригодности конструкции. Компенсировать уменьшение размеров невозможно.
Нормальная эксплуатационная усадка бетона в зависимости от конструкции и марки бетона находится в пределах, не влияющих на связи между деталями и прочность монолита. Для расчетов используются коэффициенты, которые подбираются для каждого конкретного случая. Потеря воды бетоном компенсируется в процессе достижения равновесия, которое обычно достигается при влажности воздуха в пределах 60 — 70 % в период первичного твердения монолита.
Виды и коэффициент усадки бетона — неизбежен ли процесс?
Независимо от прочности строительных материалов, усадка бетона все же неизбежна. Неучет застройщиком такого процесса приводит к негативным результатам. Появление трещин, ползучесть бетона провоцирует несоответствие заложенного в смете коэффициента сокращения объема фундамента и величины конечной. Это приводит к разрушению конструкции.
Строительный регламент
Среди нормативных документов, регулирующих расчет усадки, выделяют:
- СНиП 52—01—2003, в котором изложены основные положения о бетонных конструкциях;
- ГОСТ 24544–81 — о методах определения деформаций усадки и ползучести.
Что такое усадка?
Процесс засыхания и затвердения, в результате которого происходит уменьшение объема цементного состава. Конечно, отсутствие такого процесса является невозможным. В практике строительства показатель усадки небольшой — 1%, но и этой цифры достаточно, чтобы внести изменения в строительную документацию. Но с помощью ряда методик можно добиться минимизации показателя. Застывание бетонного раствора — это процесс, в ходе которого и происходит усадка. Время зависит, в большей мере, от состава и параметров цемента, и составляет диапазон от получаса или несколько часов.
Почему возникает?
Появление связывают с испарением воды цементного состава, при котором немаловажное место отводится действию сил капилляров структуры смеси. В результате их сужения изделие уплотняется, а это и вызывает усадку. Роль влаги в этом — основная, а появление ее зависит не только от условий среды, но и от особенностей цемента, используемого при замешивании. Высокий показатель усыхания возможен только при наличии большого количества алюминатов в материале. А чтобы снизить этот параметр используют алитовые цементы. Следовательно, усадка бетона связана с такими факторами:
- погодные условия;
- количественные показатели составляющих раствора;
- объем влаги;
- наличие армирующих элементов.
Коэффициент
Его считают величиной относительной, которая обозначается в процентах. Показатель указывает на изменения в объеме по сравнению с первоначальными измерениями. Чтобы уменьшить коэффициент усадки бетона, формируя строительную смесь, используют пористые низкомодульные заполнители, вибратор при уплотнении, дополнительную тепловлажную обработку. Средняя величина усадки бетонного изделия согласно ГОСТам — 1,5%.
Виды усадки
Пластическая
Возникновение трещин происходит в жидком состоянии при быстром высыхании раствора. Это происходит, когда испарение на поверхности больше, чем количество выделения влаги внутри. Хотя такие трещины неглубокие, все же ширина их достигает 3 мм. Факторы появления:
- небольшой показатель влажности воздуха;
- жаркая температура;
- большие порывы ветра;
- температурные перепады;
- сильный обогрев поверхности солнцем.
Аутогенная
Его называют «внутренним высыханием», являющимся следствием химических процессов. Объем изменяется при помещении изделия в герметическую среду, где нет обмена влагой. Около половины такого процесса наблюдается в течение суток. Аутогенная усадка бетона возникает при наличии меньшего объема продуктов гидратации, чем был до этого.
Поскольку процессы присутствуют в середине конструкции, проблемы внешним уходом не решаются.
При высыхании
Происходит после того, как бетонная смесь схватилась. Но это продолжительный процесс, результатом которого наблюдается сокращение объема бетонного изделия от нехватки влаги. Усадка происходит при хранении конструкции не в помещении, а на открытом воздухе. На скорость формирования усадочных растяжений влияет продолжительность ухода, а это помогает предупредить трещинообразование на раннем этапе.
Стадии усадочного процесса
Первичная
Возникает в период, когда еще жидкий, пластический бетон находится в процессе схватывания. А причиной этого может быть опалубка, через которую происходит утечка влаги или, наоборот, ее поглощение, а также испарение. На объем усадочного процесса влияют виды ухода, степень всасывания воды. На основании этого проводят соответствующие действия на уменьшение уровня.
Вторичная
Это усадка бетона при твердении и в процессе высыхания. Она считается частично безвозвратным процессом, так как при увлажнении происходит расширение объема бетона, хотя возвращение в первоначальное состояние уже невозможно. Факторы, влияющие на величину усадки:
- вид используемого цемента;
- жирность бетонного раствора;
- количество содержания воды;
- типы заполнителей.
Профилактика усадки
Во избежание такой проблемы подходят ответственно к технологии замешивания бетона, не ошибиться в расчетах количества всех составляющих веществ. Качественное получение строительного раствора при заливке бетона — основная задача строителя. А также обязательно добавлять присадки и пластификаторы. Они помогут с увеличением показателя прочности бетонной конструкции, обеспечив меньшие потери. Продукция современного строительного рынка представлена разными вяжущими веществами, которые за счет расширения, вступив в реакцию с водой, увеличивают объем раствора. Кроме того, важно, что изменения сохраняются по истечении времени высыхания.
Усадка бетона и влияние на прочность
Бетоном называют строительную смесь из цемента, инертных материалов и воды. Застывая, масса превращается в камень. Твердение происходит за счет внутренних процессов кристаллизации и испарения воды.
В результате меняется объем монолита, а также требуется учитывать коэффициент усадки бетона. Величина зависит от марки цемента, текучести теста и способа уплотнения.
Факторы, вызывающие усадку бетона
В процессе твердения бетонной массы в ней происходят физико-химические процессы, меняющие структуру. Усадка – следствие этих изменений. Она продолжается во время и после затвердения бетона, что необходимо учитывать, создавая конструкции.
Виды процессов, приводящих к усадке бетона при высыхании:
- удаление влаги;
- карбонизация;
- контракционная усадка.
Установлено, у цемента зернистая основа и вода проникает вглубь постепенно, образуя гидросиликаты. Для гидратации требуется длительный период, исчисляемый неделями. В это время вода из поверхностного слоя испаряется, и появляются усадочные трещины, снижающие прочность бетона. Испарение влаги из внутренних слоев происходит, если капилляры между зернами меньше 0,1 мкм.
Контракционная усадка – стягивание массы, в результате гидратации. Происходит в свежем бетоне, за счет образования годрогеля кальция.
Карбонизация – химическая реакция Ca(OH)2 + CO2 = Ca CO3 + H2O. В результате получается известняк, а вода вытесняется по капиллярам. Материал уплотняется, что приводит к воздушной усадке бетона.
Уменьшение линейных размеров продолжается до полутора лет, что следует учитывать при строительстве. Чтобы стабилизировать процесс, уменьшить время усадки бетона, массу армируют, увеличивая прочностные качества монолита. Одновременно используется смесь с присадками, заливка массы под давлением с вибрацией для сведения усадки до ничтожного.
Коэффициент усадки бетона
Показатель определяет, на сколько процентов снижен первоначальный объем или линейность конструкции за период, отведенный на набор прочности. Допустимая усадка бетона по ГОСТу 24544-81 до 3 %, средняя около 1,5 %.
Показатель определяют, суммируя периоды застывания массы и набора прочности.
- Пластическая усадка бетона при заливке, 4 мм/м
- Аутогенная усадка – первая неделя, «молодой» бетон садится на 1 мм/м.
- Бетон дает усадку в течение года до 5мм/м.
Линейные размеры при суммировании и переводе в объемные устанавливаются для разных марок бетона. На основании испытаний регламентируется коэффициент усадки бетона в ГОСТ.
Расчет потребности смеси с учетом усадки бетона ведут по формуле V=H*S*K, где:
- V – объем изделия,
- S – площадь поверхности,
- Кус –коэффициент усадки бетона.
Принято коэффициент принимать 1,1. Это означает, расход раствора бетона на 10 % больше чем объем готового изделия, с учетом потерь и усадки.
Способы снижения усадки
Предупредить быстрое высыхание верхнего слоя бетона можно периодическим смачиванием поверхности. При температуре 20-30 градусов и влажности воздуха 90 % поверхность застывает без образования трещин. Для этого требуется увлажнение поверхности или подогрев плиты в паровой среде.
Нормы усадки бетона уменьшаются, если использовать в замесе:
- расширяющиеся цементы;
- добавки в бетон, компенсирующие усадку;
- снизить содержание цемента;
- снизить содержание песка.
Замес должен быть пластичным, но содержать минимальное количество воды. Для этого используют специальные добавки и расширяющиеся портландцементы марок ОБТЦ, БТЦ.
Усадку бетона при твердении можно уменьшить введением пластификаторов, добавкой извести, солей алюминия, арматурой, но полностью исключить невозможно. Введение пористых наполнителей уменьшает показатель в 2,5 раза. Формовка с использованием уплотнения вибрацией снижает величину усадки бетона на 0,6-0 8 %.
Как рассчитать усадку бетона в замесе
Лабораторные исследования позволяют определить текучесть массы и ее усадку. Основными методами является осаждение бетона в конусе и испытание стандартного куба после затвердевания. Текучесть бетона – способность состава растекаться при уплотнении вибратором, заполняя пустоты.
Показатель стандартный, обозначается буквой «П» и литерой 1,…5. Чем больше коэффициент текучести, тем больше в замесе воды. Для монолитной заливки используют смеси П1, П2, П3. их готовят по месту, бетон жесткий, быстро схватывающийся. В бетоновозе доставляют только П4 и П5.
Определение «П» выполняется емкостью в виде усеченного конуса объемом 6 л и высотой 30 см. Определяется, на сколько см опустился бетон, после того, как с него сняли конус.
Таблица текучести по усадке конуса
