Усадка бетона и влияние на прочность

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.

• Факторы, вызывающие усадку бетона
• Коэффициент усадки бетона
• Способы снижения усадки
• Как рассчитать усадку бетона в замесе
• Усадочные швы в монолите
• Нормативы созревания бетона
• Заключение

В результате меняется объем монолита, а также требуется учитывать коэффициент усадки бетона. Величина зависит от марки цемента, текучести теста и способа уплотнения.

Какие факторы влияют на усадку бетона

Усадка, линейные изменения бетонной конструкции происходят и зависят от:

1. Типа, состава и марки цемента, а также доли его в составе. К примеру, меньшую усадку дает портландцемент, и наоборот, повышает усадочные изменения и деформации высокоактивный или глиноземный цемент.
2. Видов заполнителей, их процента в смеси — чем больше заполнителей, тем меньше происходит сжатие.
3. Объема воды в составе по сравнению с цементом — большая усадка будет проявляться при жидком растворе.
4. Добавления в бетон специальных смесей, которые позволяют работать в экстремальных условиях или менять еще какие-то характеристики бетонного раствора, увеличивает сжатие.
5. Наличия, типа арматуры и количества. Сжатие бетона меньше выражено при наличии армирующего каркаса.
6. 5. Влажности воздуха: если влажность будет ниже 55 %, материал начнет прессоваться и значительно уменьшится в объеме.
7. Несоблюдения технологий приготовления и использования раствора: увеличивают усадочные дефекты.

Значительные усадочные процессы крайне негативно влияют на эксплуатационные характеристики зданий и сооружений – приводят к образованию трещин и разрушению строительных конструкций.

Поэтому в современном строительстве принимаются эффективные меры, сводящие усадочные процессы к минимуму:

• Оптимизация состава бетонной смеси. Использование алитовых цементов обеспечивает меньшие усадочные процессы по сравнению с алюминатными вяжущими. Усадочный коэффициент снижает использование портландцемента (а не глиноземных или высокоактивных цементов), крупнофракционных тяжелых заполнителей.
• Обеспечение нормативных условий набора прочности бетонной конструкцией.
• Использование расширяющихся цементов и добавок, сводящих к минимуму усадочные процессы.
• Качественное усиление бетонной конструкции с помощью арматурной стали или композитной арматуры. Наличие объемного или плоского каркаса положительно влияет на снижение усадочных процессов.

Увеличивают усадочные процессы: низкая относительная влажность воздуха, нарушение нормативных условий твердения, применение ускорителей твердения бетона, использование легких заполнителей.

Определение коэффициента усадки бетона

При проектировании крупногабаритных строений учитываются все типы усадочных процессов, которые наиболее интенсивно проходят в первые 2-3 недели. Далее они замедляются в разы и полностью прекращаются через год-полтора после заливки. Основная доля усадочных изменений связана с потерей бетоном влаги.

Негативное последствие усадочных процессов: деформация бетонной конструкции, которая со временем приводит к трещинообразованию и постепенно – к полной потере рабочих характеристик зданий и сооружений.

Чтобы его предупредить, инженеры-строители проводят расчеты в соответствии с методическими указаниями. При использовании современных материалов и технологий величина коэффициента усадки бетона составляет 0,97-1. Этому показателю соответствует линейное изменение размеров бетонного элемента 0,2-0,4 мм/м.

Нормативная документация, используемая при прогнозировании усадочных процессов:

• СП 63.1330.2012, актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
• ГОСТ 24544-81 «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести».
• «Рекомендации по учету ползучести усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций», принятые ученым советом НИИЖБ, 2014 г.

Коэффициент усадки бетона незначителен

Производитель бетона добивается оптимального соотношения компонентов и сохраняет нужную консистенцию при доставке. За счет этого материал сохраняет собственные особенности, которые минимизируют процент усадки. Усредненный показатель составляет всего 1,5%, который при небольшой площади фундамента остается незаметным.

Обратившись к данным ГОСТов, можно указать разрешенный показатель усадки. Он может достигать 3-х%, так что качественная строительная смесь не нарушает оптимальных данных. Это позволяет заранее правильно подсчитать требующийся объем, а также правильно составить проект заливки фундамента.

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.

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.

Что представляет собой осаждение

Даже самый качественный бетон склонен осаждаться. Полностью избежать этого явления невозможно. Усадка бетона – это явление, при котором залитая масса изменяет в процессе схватывания свои размеры и конфигурацию. В процессе ее происходит уплотнение и затвердевание бетона. Большое значение имеет то, что на интенсивность и величину ее могут влиять факторы физической и химической природы.

Схватывание бетона в зависимости от его марки и наличия специальных добавок происходит в течение нескольких десятков минут или часов. Зачем же требуется определять возможную величину усадки бетона в ходе строительных работ?

Ответ довольно прост. Это необходимо для того, чтобы правильно рассчитать толщину бетона. Последний используется главным образом при заливке фундаментов, строительстве дорог, бетонных дорожек. Во всех случаях залитая поверхность должна иметь определенную толщину и форму. От этого зависит прочность и долговечность конструкции. В силу всего этого расчет коэффициента осаждения нужен для того, чтобы правильно залить бетон. В этом случае он должен быть с запасом. Расчетный и фактический показатель толщины и формы бетона должны совпадать. В противном случае избыток бетона будет непросто убрать, а недостаток сложно восполнить.

Какой бывает усадка бетона

Коэффициент осаждения – это величина, которая указывается в нормативных документах по строительству. Рассматриваемый коэффициент во многом зависит от качества приготовления бетонной смеси. Усадка бетона в зависимости от временных параметров бывает следующих типов:

• пластическая;
• молодого бетона;
• зрелого бетона.

Пластическая усадка бетона.

В первом случае усадка наблюдается еще до момента полного затвердения. В строительной сфере имеется такое понятие, как проектный возраст бетона. Эта величина составляет 28 дней и свидетельствует о полном его затвердении и пригодности для дальнейших строительных работ. Усадка молодого (твердеющего) бетона появляется до этого срока. Кроме того, изменение размеров материала может проявляться и в более поздние сроки (позднее 28 дня).

Немаловажное значение имеет классификация в зависимости от этиологического фактора. В данной ситуации выделяют контракционную и влажностную. Что же касается пластической усадки, то она входит в понятие влажностной. Контракционный тип еще называют стяжением бетона. Основная причина этого явления – химическое взаимодействие компонентов (воды и минеральных веществ). Важно то, что подобная усадка приводит к повышению количества пор в материале, что снижает его эксплуатационные характеристики.

Влажностный тип имеет свои отличительные черты. Она развивается в процессе высушивания бетонной смеси. В результате всего этого количество воды в бетоне резко уменьшается и он дает усадку. Она имеет наибольшее значение, нежели предыдущая. На самом раннем этапе уменьшения количества влаги можно наблюдать пластическую усадку. Она в большинстве случаев наблюдается в первые полчаса с момента заливки бетона. Важно, что на величину коэффициента усадки влияет наличие или отсутствие арматуры, количество в жидком бетоне воды.

Коэффициент усадки материала

Коэффициент – это показатель, отражающий изменение объема относительно первоначального в процессе заливки.

Усадка молодого бетона.

Измеряется он в процентах. Оптимальным считается коэффициент менее 1,5%. Во всех остальных случаях подобный коэффициент указывает на значительные изменения в структуре бетона. В ряде случаев высокий коэффициент усадки является фактором риска появления трещин и других дефектов в залитом строительном материале. Нужно помнить, что коэффициент зависит и от марки бетонной смеси. Чем выше последняя, тем меньше будет коэффициент.

Среднее значение коэффициента на сегодняшний день находится в пределах от 0,97 до 1. Подобных цифр довольно сложно добиться непрофессионалу, который не имеет большого опыта в приготовлении бетонного раствора. Высокий коэффициент может быть следствием неправильного вибрирования смеси. Нередко коэффициент увеличивается настолько, что в последующем приходится наращивать бетон в месте усадки. Все это чревато снижением его несущей способности и порчей. Кроме того, процесс наращивания занимает значительное количество времени, что очень важно при возведении зданий и сооружений.

Абсолютная величина усадки

Абсолютная величина усадки бетона.

Коэффициент усадки позволяет оценить возможные потери. Наряду с ним строителям необходимо знать точные цифры в перерасчете на толщину залитого бетона. В нормальных условиях величина усадки бетонной смеси составляет около 0,2-0,4 мм/м. На первый взгляд, показатели очень незначительны. Но если учесть площадь залитой смеси и ее полную толщину (нередко она достигает нескольких метров), то величина будет ощутимой. В отношении жидкого цемента цифры будут совсем другие. В обычных условиях при твердении цемента усадка составляет 3-5 мм/м.

В процессе возведения того или иного здания работниками должна составляться смета. Она включает в себя различные расчеты, в том числе расчет коэффициента усадки. Не нужно забывать про то, что даже при полном твердении смеси усадка имеет место. В процессе эксплуатации сооружений на материал оказывает влияние атмосферный воздух (углекислота) и атмосферные осадки. Большое значение имеет резкое изменение температуры. Коэффициент повышается чаше при отрицательных температурах. При этом может изменяться длина залитого бетона. Абсолютные величины усадки могут достигать нескольких сантиметров.

Причины повышения коэффициента усадки

Коэффициент изменения объема бетона.

Коэффициент изменения объема залитого материала может увеличиваться вследствие нескольких причин. Во-первых, основным предрасполагающим фактором является некачественное приготовление бетонной смеси. Здесь учитывается показатель пропорции цементного порошка, щебня (гравия), песка и воды. Во-вторых, большое значение имеет марка приготовленного бетона. В-третьих, еще одним фактором, влияющим на покрытие при его затвердении, является влажность поверхности. Установлено, что оптимальная величина влажности составляет 55-70%. Если влажность низкая, то коэффициент будет более высоким, а материал начнет постепенно прессоваться.

В-четвертых, имеется определенная зависимость между плотностью (тяжестью) смеси и коэффициентом усадки. Коэффициент тем выше, чем меньше масса бетонного раствора. В-пятых, усадка в большей степени выражена у тех конструкций, где отсутствует армирование, то есть нет жесткого каркаса внутри бетонного раствора. Опытные застройщики знают, что одним из этапов приготовление бетонной смеси является обработка его специальной вибрирующей установкой. Она необходима для того, чтобы убрать излишки воздуха из раствора. При ее отсутствии повышается пористость материала и снижается его прочность, что в результате и дает усадку.

Нюансы усадки в разных условиях

Вибрационные работы

Данный способ является наиболее распространенным и используется уже более 100 лет. Суть его заключается в то, чтобы как можно лучше выдавить излишки воздуха из раствора. В специальной литературе такие действия могут называться уплотнением бетонной массы.

Действовать можно вручную или при помощи технических средств.

• Уплотнение своими руками делается подручными средствами, путем многократного пробивания, штыкования и трамбования общей массы раствора. Он может быть достаточно эффективным, но требует квалификации и значительных трудозатрат.
• При использовании вибромашин квалификация уже не настолько важна, качество работ также многократно увеличивается, единственным существенным минусом здесь считается высокая цена самой вибромашины.

На видео в этой статье показана заливка раствора и работа глубинным вибратором.

Важно: коэффициент усадки бетона при вибрировании колеблется от 0,8, до 0,6%. Что позволяет использовать гораздо более сухие смеси и смеси с повышенной жесткостью. Усадка бетона в процентах регламентируется по ГОСТу 24544-81.

• После проведения вибрационной укладки стяжки на больших площадях, чтобы она не потрескалась из-за внутренних напряжений и деформаций, применяется резка железобетона алмазными кругами. Для компенсации напряжений при заливке объемных фундаментов используется алмазное бурение отверстий в бетоне.

На видео в этой статье показан процесс нарезания алмазным кругом усадочных швов.

Использование новых составов

Строительство из пористых блоков.

В настоящее время широко используются новые виды бетонов, это пено- и газобетон.

Производители утверждают, что они вообще не имеют усадки, но специалисты говорят об обратном:

• Любой состав, в котором присутствует цемент, дает определенную усадку. Так усадка дома из газобетона по ГОСТу 25485 должна быть в пределах 0,3 мм. (См. также статью Облицовка газобетона: как сделать.)
• Усадка пенобетона также может колебаться от 0,55, до 3 мм. В зависимости от способа производства блоков. Для частного строительства цифры конечно мизерные и на конечный результат влияют мало, но при строительстве их все же лучше учитывать.

Структура пено- и газобетона.

Текучесть состава

Безусловно, растворы, обладающие повышенной текучестью, значительно облегчают жизнь большинству строителей. Но добавление большого количества воды влечет за собой изменение характеристик бетона далеко не в лучшую сторону.

Поэтому очень важно соблюдать правильность пропорций.

• Для цементосодержащих составов введены параметры, которые определяют способность состава растекаться под действием вибрации. В разных источниках они называются по-разному, подвижность раствора, удобоукрываемость или усадка конуса бетона.
• В документах, как правило, данное значение обозначается литерой «П», после которой следует значение коэффициента, определяемое по пятибалльной шкале. Реже, в старых накладных, встречается название «осадка конуса» и коэффициент колеблется от 10, до 15.

Трещина в фундаменте из-за низкого качества раствора.

• Для большинства традиционных монолитных работ используется раствор с коэффициентом текучести П-1 или П-3. Для изделий с густым армированием, заливки узких проходов или высоких колон, положено брать состав повышенной текучести который маркируется как П-4. Здесь осадка конуса может доходить до 20 см.
• Смесь с осадкой конуса порядка 12 см в современных условиях маркируется как П-2. Для работы с большими, густо заармированными площадями и особенно там, где подразумевается использование бетононасоса, применяется раствор не ниже П-4. Такая смесь еще хороша тем, что для нее не требуется вибрационное уплотнение.
• Разбавлять раствор водой непосредственно в бетономешалке крайне не рекомендуется. Но, несмотря на то, что инструкция запрещает, на просторах нашей необъятной родины в процессе строительства, это делается часто. Смесь в таком случае, конечно застынет, но значительно потеряет в крепости. Так при разбавлении водой цемента марки М300, по факту получаем качество М200 или даже М100.
• В современных условиях усадка конуса бетона может увеличиваться путем добавления синтетических пластификаторов. С такими добавками можно легко довести текучесть состава до характеристик П-4 и даже П-5. Они позволяют вести строительство круглый год, работать как в жаре, так и при минусовых температурах без потери качественных характеристик.

Пластификатор для раствора.

На видео в этой статье показан способ определения текучести состава.