Усадка бетона при высыхании: Усадка бетона: особенности, коэффициент усадки

Усадка бетона – медленное уменьшение объёма состава в процессе его усыхания и затвердевания. Зная, что процент такого усыхания (посредством испарения воды) совсем незначительный (порядка 1%), можно сделать вывод, что это не оказывает существенного влияния на строительный процесс, но это не так. Свойство усадки бетона в обязательном порядке учитывается в проектных решениях к объекту стройки, особенно, если масштабы работы с бетонной смеси большие. Она может существенно поменять конструкцию бетонных сооружений, поэтому этот показатель всегда стараются уменьшить.

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.

Типы усадки бетона

Выделяют два вида – это усадочная деформация и усадочное напряжение. Если присутствуют условия, препятствующие свободной деформации, возникает усадочное напряжение (например, ограниченность пространства заливки). Чтобы деформация не явилась причиной разрушения конструкции, следует регулировать такой параметр как растяжение цементного камня и не превышать предела растяжения.

Методы устранения или уменьшения усадки

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

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

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

Учёт усадки бетона при обработке и укладке

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

Коэффициент усадки бетона при твердении

Коэффициент усадки бетона – один из показателей, редко учитываемый новичками. Считается, что этот материал за счет своей прочности практически не меняется в объеме со временем. Такая ошибка приводит к неправильному заказу нужного объема и незначительным неточностям в последующих строительных работах.

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.

Виды усадки

Коэффициент усадки отличается для различных периодов «старения» бетона. Специалисты выделяют 3 вида, отличающиеся собственными особенностями:

• Пластическая;
• Аутогенная;
• Усадка при высыхании.

Особенности каждого вида предусматривают подробное рассмотрение. С его помощью даже новичок разберется в сложных моментах, с которыми приходится столкнуться во время работы.

Пластическая

В процессе схватывания сразу проявляется пластическая усадка. Она протекает всего на протяжении 8 часов после укладки, а впоследствии не учитывается. Ее причина постепенное удаление воды из толщи строительной смеси. При этом максимальные показатели усадки могут достигать 4 мм на 1 м высоты. Такие данные заставляют заранее пересчитывать объем при заливке фундамента большой площади.

Аутогенная

Аутогенная усадка свойственная для «молодого» бетона. Она проявляется в процессе затвердевания, пока материал набирает прочность. Ее показатели составляют 1 мм на 1 м высоты, поэтому часто остаются без внимания. Самовысыхание происходит медленно, так что разница остается без внимания. При работе с крупными объектами такое невнимание недопустимо. Изменение основных геометрических характеристик может привести к микротрещинам, которые необходимо учитывать в строительстве.

Усадка при высыхании

ГОСТ усадку бетона указывает незначительную, но с «возрастом» материал может терять до 5 мм на каждый метр высоты. Причиной этого является постепенная усадка, длящаяся годами. Раньше из-за нее специалисты предлагали оставлять фундамент на 1 год, а потом приступать к строительству здания. Сегодня тратить столько времени не нужно, полезнее правильно выполнить армирование и заказать качественную смесь напрямую от производителя.

Конус усадки бетона обязательно нужно оценивать. Этот показатель позволяет оценить возможные потери в размерах фундамента, способные повлиять на возведение здания. ГОСТы указывают определенные данные, влияющие на расчеты профессионалов. Так что на них нужно обратить внимание, учитывая возможные потери, связанные с иными факторами.

Усадка бетона — в чем причины, каковы 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

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.

Усадка бетона при твердении, вибрировании, заливке: ГОСТ, СНиП (видео)

Усадка бетона — это уменьшение его объемного состава, которое происходит в процессе засыхания и твердения.

По мере засыхания и твердения бетон дает усадку, в связи с чем могут образоваться трещины.

Чаще всего объем сокращается незначительно, а величина этого показателя не превышает 1-2%.

Причины усадки бетона

После приготовления бетонной смеси в ее составе начинается кристаллизация цементных камней и интенсивное испарение воды, вследствие чего происходит усадка бетона. Особенно интенсивно этот процесс происходит в первые 2-3 недели после заливки изделия. Далее его скорость замедляется. Полное окончание процесса усадки наступает через 1-1,5 года после начала твердения. К этому моменту бетонное изделие приобретет свое окончательное состояние.

На конечную величину уменьшения объема влияет несколько причин. Среди них можно перечислить следующие:

• количество цемента в смеси;
• объемная доля воды;
• показатели окружающей среды;
• количество присадок в растворе.

Виды усадки бетона.

Количественное соотношение цемента в составе бетонной смеси играет очень важную роль. Чем выше будет расход цемента на единицу приготовленной бетонной смеси, тем больше будет происходить усадка готового изделия. При этом надо обращать на состав, из которого приготовлен цемент. Высокоактивные глиноземистые цементные порошки дают большее сокращение объема. Усадка бетона на основе портландцемента происходит значительно меньше.

Особое внимание следует обратить на количество добавляемой воды. Чем большее процентное содержание ее будет находиться в готовящемся растворе, тем сильнее произойдет сокращение объема готового изделия. Обусловлено это тем, что в процессе схватывания будет происходить активное испарение воды из верхних бетонных слоев.

Чтобы усадка бетона была меньше, надо в процессе его изготовления использовать заполнители с крупной фракцией.

Мелкозернистые фракции имеют меньшую устойчивость к деформациям, что приводит к большому проседанию материала в процессе его сушки.

Немаловажными факторами, помогающим сохранить целостность структуры бетонного основания, являются показатели температуры и влажности окружающей среды. Если влажность на улице будет достаточно высокой, то усадка будет сравнительно мала. Тот же эффект будет наблюдаться и при низких температурах воздуха.

Вернуться к оглавлению

Борьба с эффектом усадки

Во избежание сильной усадки бетона, при приготовлении бетонной смеси необходимо использовать пластификаторы.

Если в процессе строительства не учесть происходящую усадку, то это может привести к печальным последствиям. Если заложенный коэффициент сокращения объема фундамента не будет соответствовать его конечному показателю, то это приведет к появлению в нем трещин. Подобные трещины приведут к полному или частичному разрушению здания или отдельных его элементов.

Чтобы избежать подобных проблем, нужно обстоятельно подходить к процессу приготовления бетона. Надо правильно определить необходимое количество всех его ингредиентов. Кроме того, нельзя забывать о различных присадках и пластификаторах, которые должны добавляться в готовящуюся смесь. Подобные добавки помогают увеличить показатель прочности бетонной детали, что обеспечивает меньшую усадку.

Присутствие пластификаторов в бетонном растворе помогает предотвратить неравномерные усадки, которые при твердении приводят к появлению более напряженных участков. Присутствия таких перенапряженных участков в изделии следует избегать, поскольку они являются первопричиной образования трещин и приводят к разрушению бетонной детали.

На современном рынке строительных материалов имеются и различные вяжущие вещества. Подобные вещества, вступая во взаимодействие с водой, расширяются, значительно увеличивая объем раствора. С помощью этого процесса происходит равномерное перераспределение напряжений, которое сохраняется при твердении. Более того, вяжущие вещества не изменяют свой объем и после высыхания, что помогает сократить усадку бетона.

Чтобы уменьшить потери объема изделия после его сушки, нужно обязательно проводить качественную вибрационную обработку смеси. Сделать это можно на специальном столе. С помощью вибрационного стола из состава раствора будут выгоняться пузырьки воздуха. Это сделает песчано-цементную смесь более плотной и вязкой, что придет к уменьшению ее конечной усадки.

Усадка при высыхании — обзор

6.14.2.3.3 Усадка при высыхании

Усадка при высыхании возникает из-за неравномерного высыхания бетона после выдержки и удаления форм. Он увеличивается с увеличением отношения w / c [4]. Трещины, вызванные усадкой при высыхании цемента, обычно возникают через 1 неделю после заливки бетона или вскоре после окончательного затвердевания бетона.

Окружающие условия, такие как температура воздуха, ветер, относительная влажность или солнечный свет, могут вытягивать влагу из открытых бетонных конструкций, что приведет к градиенту содержания воды от внутреннего ядра к поверхности бетона.Поскольку влага теряется в небольших порах бетонной поверхности, поверхностное натяжение оставшейся воды имеет тенденцию стягивать поры вместе, что со временем приводит к потере объема. Однако эта усадка будет ограничиваться условиями окружающей среды, такими как внутренний бетон или фундамент. Если создаваемое растягивающее напряжение превышает предел прочности поверхностного бетона, появляются трещины.

Гидроэнергетические конструкции, такие как успокоительные бассейны, перекрытия и рабочие мосты, площадь поверхности которых велика по сравнению с их объемом, с большей вероятностью будут иметь трещины, вызванные усадкой при высыхании.

На усадку бетона при высыхании влияют два фактора: характеристики бетона и условия окружающей среды. Характеристики бетона включают соотношение w / c , тип цемента, дозировку цемента, характеристики заполнителя и дозировку, добавки и так далее. К окружающим условиям относятся температура воздуха, относительная скромность и т. Д., Которые могут вытягивать влагу из бетона.

Методы уменьшения усадки бетона при высыхании заключаются в следующем: нанесение цемента с низкой усадкой или цемента с низкой теплотой гидратации, уменьшение количества цемента (при условии, что бетон удовлетворяет требованиям прочности и может быть надлежащим образом размещен), чтобы уменьшить w / c Соотношение , для поддержания минимального количества мелкозернистого заполнителя, которое будет только обеспечивать адекватную обрабатываемость и отделочные характеристики, для продления времени отверждения бетона под действием влаги, для создания усадочных швов (временных или постоянных) и для нанесения добавок например, средство для уменьшения количества воды или добавка, уменьшающая усадку.

TILT-UP TODAY — Публикация Tilt-Up Concrete Association (TCA)

Автор: Марк Ленцков в субботу, 27 января 2018 г. · Оставить комментарий

Авторы: Чарльз Нмай, Марк Бери, Джозеф Дачко

Введение
Осенний выпуск журнала Tilt-Up Today , выпущенный в 2017 году, содержал статью, описывающую повторяющиеся трещины в наклонных стеновых панелях.В статье Робинсона, Хукса и Лоусона, озаглавленной «Проверка причины растрескивания панелей — тематическое исследование», были выделены два стандартных и основных фактора, определяющих растрескивание, не вызванное нагрузкой, а именно: потенциал усадки бетонной смеси и степень растрескивания. сдержанность, которую испытывает элемент. Также стоит отметить, что на конференции Tilt-Up Concrete Convention в Майами в сентябре этого года на одной из заключительных презентаций конвенции обсуждалось увеличение расстояния между стыками бетонных полов.И то, и другое требует осознания усадки и сдержанности бетона. В этой статье мы предлагаем сосредоточить внимание на усадке бетона, предоставить общий обзор различных типов усадки бетона и обсудить влияние компонентов бетона и их пропорций на усадку. Мы считаем, что сначала имеет смысл разработать широкий, целостный взгляд на эту концепцию. Позже в следующей статье в

Обзор
Необходимость адекватной удобоукладываемости для облегчения укладки и уплотнения бетона часто приводит к решению использовать большее количество воды для затворения, чем необходимо для процесса гидратации (реакция с портландцементом). Потеря части этой избыточной «удобной воды» из бетонной матрицы по мере ее затвердевания приводит к уменьшению объема, известному как усадка .Если уменьшение объема происходит до затвердевания бетона, это называется пластической усадкой . Уменьшение объема, которое происходит в основном из-за потери влаги после затвердевания бетона, известно как усадка при высыхании .

Помимо усадки при высыхании, затвердевший бетон может также испытывать уменьшение объема, такое как термическое сжатие , автогенная усадка и усадка при карбонизации .

Из-за процесса гидратации температура свежего бетона в часы после замеса часто выше температуры окружающей среды.Величина повышения температуры зависит, среди прочего, от типа и количества используемого цемента, использования пуццоланов или шлакового цемента, размера бетонного элемента и температуры окружающей среды. Когда горячий бетон охлаждается до температуры окружающей среды, он сжимается, и именно это уменьшение объема называется термическим сжатием .

Автогенная усадка возникает в результате химических реакций, происходящих во время гидратации цемента.Это может быть значительным в бетоне с очень низким соотношением водоцементных материалов. Такой бетон может давать усадку без потери воды в окружающей среде. К счастью, величина автогенной усадки незначительна для большинства бетонов, укладываемых там, где усадка является проблемой.

Как следует из названия, Карбонатная усадка происходит, когда бетон становится карбонизированным, то есть когда гидроксид кальция в затвердевшей матрице химически реагирует с диоксидом углерода, присутствующим в атмосфере.Это приводит к образованию карбоната кальция и воды и, как следствие, уменьшению объема.

Основная проблема, связанная с усадкой бетона, — это возможность растрескивания либо в пластичном, либо в затвердевшем состоянии. В большинстве случаев вероятность пластической усадки и усадки при высыхании часто выше, чем у других типов усадки, упомянутых выше. Таким образом, в следующих разделах представлены более подробные сведения о механизмах возникновения этих двух типов усадки и влиянии ингредиентов бетонной смеси, условий окружающей среды, проектирования и строительства.

Пластическая усадка
Потеря воды из свежего бетона, которая приводит к пластической усадке, может происходить двумя способами: испарением и абсорбцией. Преобладающий режим — испарение с открытой поверхности. Скорость испарения воды обычно усугубляется сочетанием высокой скорости ветра, низкой относительной влажности и высоких температур окружающей среды и бетона. Хотя эти условия, скорее всего, присутствуют в летние месяцы, они могут возникнуть в любое время.Скорость, с которой стекающая вода переносится к бетонной поверхности, будет влиять на возможность явления или формы растрескивания, обычно называемого пластической усадкой трещин . Сообщалось, что если скорость испарения с поверхности превышает примерно 0,1 фунт / фут2 / ч (0,5 кг / м2 / ч), потеря влаги может превысить скорость, с которой спускная вода достигает поверхности, тем самым приводя в движение механизмы, вызывающие пластическую усадку [1].

Бетон также может терять воду из-за поглощения основанием и в некоторых случаях опалубкой.Такая потеря воды может усугубить эффект испарения с поверхности. Принято считать, что потеря воды из пастообразной фракции бетона из-за внешних факторов создает отрицательное капиллярное давление, которое приводит к сокращению объема пасты и, следовательно, к усадке.

РИСУНОК 1 . Влияние температуры бетона и воздуха, относительной влажности и скорости ветра на скорость испарения поверхностной влаги из бетона [1].

Для использования этой диаграммы:
1.Начните с температуры воздуха, переходите к относительной влажности.
2. Перейдите вправо к температуре бетона.
3. Двигайтесь вниз до скорости ветра.
4. Двигайтесь влево и прочтите приблизительную скорость испарения.

В ACI 305R [2] рекомендуется принять меры против растрескивания при пластической усадке, если ожидается, что скорость испарения с открытой бетонной поверхности приблизится к 0,2 фунта / фут2 / час (1,0 кг / м2 / час). Скорость испарения для преобладающих условий окружающей среды можно оценить с помощью номограммы, показанной на рисунке 1.

Меры предосторожности для контроля пластической усадки включают корректировку бетонной смеси и использование проверенных строительных технологий. Может оказаться полезным снижение температуры бетонной смеси, особенно в жаркую погоду, или увеличение скорости ее схватывания. Последнее является одной из основных причин, почему ускоряющие добавки все чаще используются в засушливых юго-западных регионах, где преобладают условия для пластической усадки. Сообщалось также, что использование микросинтетических волокон является полезным в борьбе с растрескиванием при пластической усадке.

Эффективные методы строительства для контроля пластической усадки включают использование временных ветрозащитных экранов для снижения скорости ветра и использование солнцезащитных козырьков для снижения температуры поверхности бетона, а также укладку бетона в самое прохладное время дня. Но самый эффективный метод борьбы — не допустить высыхания бетонной поверхности до тех пор, пока не будут завершены отделочные операции и не начнется отверждение. В этом отношении может быть полезным использование средства для уменьшения испарения, временных влажных покрытий, водонепроницаемого покрытия или распылителя тумана.

Усадка при высыхании
Потеря влаги из бетона после его затвердевания (отсюда усадка при высыхании) неизбежна, если только бетон не полностью погружен в воду или находится в среде со 100-процентной относительной влажностью. Таким образом, усадка при высыхании — это обычное явление, которое заслуживает тщательного рассмотрения при проектировании и строительстве бетонных конструкций.

Фактические механизмы, с помощью которых происходит усадка при высыхании, сложны, но общепризнано, что они включают потерю адсорбированной воды из гидратированного цементного теста [3-5].Когда бетон первоначально подвергается условиям высыхания — при которых существует разница между относительной влажностью окружающей среды и относительной влажностью бетона — он сначала теряет свободную воду. В более крупных капиллярных порах это приводит к небольшой усадке или ее отсутствию. В более мелких капиллярных порах, заполненных водой (размером от 2,5 до 50 нм), из-за потери влаги образуются изогнутые мениски, и поверхностное натяжение воды растягивает стенки пор. Таким образом, внутреннее отрицательное давление возникает при образовании мениска в порах капилляров.Это давление приводит к сжимающей силе, которая приводит к усадке бетона. Продолжающаяся сушка также приводит к потере адсорбированной воды, изменению объема несдерживаемого цементного теста и увеличению сил притяжения между продуктами гидратации C-S-H, что приводит к усадке [5]. Сообщалось, что толщина слоя адсорбированной воды увеличивается с увеличением влажности [5]. Следовательно, возможно, что более высокое содержание воды приведет к более толстому слою адсорбированной воды и, следовательно, к большей усадке при сушке.

Физически бетон, усадка при высыхании которого составляет около 0,05 процента (500 миллионных долей или 500 x 10-6), дает усадку примерно на 0,6 дюйма на 100 футов (50 мм на каждые 100 м). Проще говоря, это примерно 2 дюйма в длину футбольного поля. На усадку при высыхании влияет несколько факторов. К ним относятся характеристики ингредиентов бетонной смеси и их пропорции, методы проектирования и строительства, а также влияние окружающей среды.

Влияние ингредиентов бетонной смеси
В литературе имеются противоречивые данные о влиянии ингредиентов бетонной смеси на ее усадку при высыхании.Однако, несомненно, составляющими бетонной смеси, которые больше всего влияют на усадку при высыхании, являются вода и крупный заполнитель. Оба они оказывают сильное влияние на минимизацию содержания пасты.

На рис. 2 показано влияние общего содержания воды на усадку при сушке. Данные [7] показывают, что общая влажность бетонной смеси существенно влияет на ее усадку при высыхании. Например, предположим, что бетонная смесь имеет коэффициент цементации 708 фунтов / ярд 3 (420 кг / м3) и содержание воды около 320 фунтов./ ярд.3 (190 кг / м3) для водоцементного материала (в / см) с соотношением 0,45. На рисунке показано, что в среднем этот бетон будет иметь усадку при высыхании около 0,06 процента, и что это значение усадки можно уменьшить на 50 процентов, снизив содержание воды до 244 фунтов / ярд 3 (145 кг / м3), что соответствует 0,35 Вт / см. Следовательно, чтобы свести к минимуму усадку бетона при высыхании, общее содержание воды должно быть минимально возможным.

Вопреки распространенному мнению, что усадка увеличивается с увеличением содержания цемента, данные [7] для бетонов с содержанием цемента от 470 до 750 фунтов./yd.3 (от 280 до 445 кг / м3) показали, что содержание цемента мало влияет на усадку бетона. Общее содержание воды для этих смесей колеблется от 338 до 355 фунтов / ярд 3 (от 200 до 210 кг / м3), а осадки составляли от 3 до 4 дюймов (75 и 100 мм). Для практических целей также было обнаружено, что тип, состав и крупность цемента относительно мало влияют на усадку при высыхании.

РИСУНОК 2 . Влияние общего содержания воды на усадку при высыхании [7].
(Заштрихованная область представляет данные для большого количества смесей
различных пропорций.)

Влияние крупнозернистого заполнителя на усадку при высыхании двоякое. Во-первых, использование большого количества крупнозернистого заполнителя минимизирует общее содержание воды и пасты в бетонной смеси и, следовательно, минимизирует усадку при высыхании. Влияние соотношения заполнитель-цемент и водоцементного отношения на усадку при высыхании показано на рисунке 3. Рисунок ясно показывает, что при заданном водоцементном соотношении усадка при высыхании уменьшается по мере увеличения соотношения заполнитель-цемент.Например, при соотношении вода-цемент 0,40 уменьшение усадки при высыхании на 50 процентов было получено, когда соотношение заполнитель-цемент было увеличено с 3 до 5 (а также с 5 до 7).

РИСУНОК 3 . Влияние соотношения заполнитель-цемент и соотношение воды и цемента на усадку при высыхании [8]. (Данные для квадратного раствора размером 5 дюймов [125 мм] и образцов бетона, подвергнутых воздействию окружающей среды с относительной влажностью 70 ° F (21 ° C) в течение шести месяцев).

Во-вторых, усадка цементного теста при высыхании уменьшается за счет крупного заполнителя из-за его сдерживающего воздействия.Как и следовало ожидать, степень сдерживания, обеспечиваемая грубым заполнителем, зависит от типа заполнителя и его жесткости, общего количества используемого заполнителя и размера верха. Твердые, жесткие заполнители, такие как доломит, полевой шпат, гранит, известняк и кварц, трудно поддаются сжатию и обеспечивают большее ограничение усадки цементного теста. Поэтому эти заполнители следует использовать для производства бетона с низкой усадкой при высыхании.

Следует избегать использования песчаника и сланца, если требуется низкая усадка при высыхании.Также следует избегать заполнителей с глиняными покрытиями. Это связано с тем, что, помимо присущей ей усадки и влияния на потребность в воде, глина снижает сдерживающее действие заполнителя на усадку.

Действие добавок
Добавки являются неотъемлемой частью бетонных смесей, производимых сегодня. Их добавление в бетон обычно увеличивает объем мелких пор в продукте гидратации цемента. В результате исследования показали повышенную усадку при высыхании при использовании таких добавок, как хлорид кальция, шлаковый цемент и некоторые пуццоланы.Что касается водоредуцирующих добавок, ACI 212 сообщает, что информация об их эффектах противоречива [9], но может наблюдаться меньшая долговременная усадка, в зависимости от степени снижения содержания воды в бетоне. Уменьшение усадки при высыхании было получено в тех случаях, когда значительное снижение общего содержания воды было реализовано за счет использования высокодисперсных водовосстанавливающих добавок [10, 11]. Аналогичные результаты могут быть получены с добавками, снижающими уровень воды.

Конкретный пример уменьшенной усадки при высыхании с использованием высокодисперсной водоредуцирующей добавки (HRWRA) показан в таблице 1 для бетонных смесей с номинальным коэффициентом цементирования 600 фунтов / ярд 3 (356 кг / м3) и осадкой 9 дюймов (225 мм). Данные показывают, что через 84 дня уменьшение усадки при высыхании примерно на 30 процентов было получено с 18 жидкостью. унций / cwt (1170 мл / 100 кг) дозы HRWRA. Уменьшение количества воды при этой дозе составило примерно 30 процентов. Следовательно, добавки среднего и высокого уровня снижения содержания воды могут быть полезными, если они используются для достижения значительного снижения общего содержания воды.Было показано, что воздухововлекающие добавки практически не влияют на усадку при высыхании.

Величину усадки при высыхании можно значительно уменьшить за счет использования добавки, уменьшающей усадку. Добавки, уменьшающие усадку, действуют за счет уменьшения поверхностного натяжения воды в порах бетона. Это приводит к уменьшению капиллярного натяжения и растяжения стенок пор и, как следствие, уменьшению усадки при высыхании. Эти добавки успешно используются на строительных рынках Дальнего Востока и Северной Америки с момента их появления в 1985 году [12].

РИСУНОК 4 . Усадка бетона при высыхании с добавкой, уменьшающей усадку, и без нее.

В дополнение к добавкам, уменьшающим усадку, первая в своем роде добавка, уменьшающая трещины, обеспечивает лучшие характеристики при ограниченной усадке, что приводит к меньшей начальной ширине трещин [13] в дополнение к уменьшенной усадке бетона при высыхании.

Недавние исследования показывают, что добавки, уменьшающие усадку, могут быть полезны для уменьшения потерь воды при испарении из свежего бетона, для уменьшения автогенной усадки и, таким образом, для уменьшения растрескивания в раннем возрасте, будь то из-за пластической усадки или автогенной деформации [14].

Влияние практики проектирования и строительства
Расчетные параметры, которые больше всего влияют на усадку при высыхании, — это количество арматуры, а также размер, форма и отношение площади поверхности к объему бетонного элемента.

Стальная арматура уменьшит усадку бетона при высыхании из-за ограничений, обеспечиваемых сталью.

В тех же условиях окружающей среды небольшой бетонный элемент из-за его более высокого отношения площади поверхности к объему будет давать усадку больше, чем более крупный элемент.Чем больше площадь открытой поверхности, тем больше становится потеря влаги, а значит, вероятность усадки при высыхании. Следовательно, следует понимать, что усадка при высыхании, которая будет иметь место в реальных бетонных конструкциях, будет лишь частью той, которая была получена в лаборатории с помощью метода испытаний ASTM C 157 / C 157M.

Неправильные методы бетонирования, такие как повторный темперирование на стройплощадке, увеличивают усадку при высыхании из-за увеличения содержания воды в бетоне.Продолжительное влажное отверждение задерживает начало усадки при высыхании, но в целом продолжительность отверждения, как сообщается, мало влияет на усадку при высыхании [3]. Однако отверждение паром снижает усадку при высыхании.

Влияние факторов окружающей среды и времени
Как упоминалось ранее, потеря влаги из затвердевшего бетона, приводящая к усадке при высыхании, неизбежна, если только бетон не находится в среде со 100-процентной относительной влажностью. Этот сценарий, конечно, бывает редко, если бетон полностью не погружен в воду.На величину усадки при высыхании сильно влияет относительная влажность окружающей среды. Чем ниже относительная влажность, тем больше усадка при высыхании. Однако величина усадки при высыхании не зависит от скорости высыхания. Скорость высыхания, в свою очередь, не зависит от ветра или принудительной конвекции, за исключением ранних стадий воздействия. Это происходит из-за очень низкой влагопроводности бетона, из-за которой скорость испарения очень мала.

Величина усадки при высыхании также зависит от времени. Хотя основная часть усадки при сушке происходит в течение первых нескольких месяцев сушки, этот процесс продолжается годами. Данные всестороннего исследования, охватывающего период почти 30 лет, показали, что в среднем почти 50 процентов усадки при высыхании, полученной через 20 лет, происходило в течение первых двух месяцев сушки и почти 80 процентов — в течение первого года [15].

Эффекты усадки
Как указывалось ранее, основная проблема усадки бетона — это возможность растрескивания.Другими потенциальными проблемами являются скручивание плит и стабильность размеров бетонных элементов. Стабильность размеров обычно принимается во внимание при проектировании, и, если фактическая усадка не намного превышает расчетное значение, проблем возникнуть не должно. Растрескивание из-за усадки происходит в основном из-за удержания. Неудерживаемый бетон, например цилиндр размером 4 на 8 дюймов (100 на 200 мм), не будет трескаться из-за усадки. Как сказано во введении, в другой статье будут обсуждаться вопросы ограничения и механизма взлома.

Рекомендации
Усадка бетона, в частности усадка при высыхании, неизбежна; и из-за ограничений может произойти растрескивание. Однако при правильном бетонировании и строительстве усадка и последующее растрескивание можно свести к минимуму.

Контроль пластической усадки — Предотвратить высыхание поверхности свежего бетона до завершения отделочных работ и начала отверждения. Использование льда или охлажденной воды для снижения температуры замеса бетона и полипропиленовых волокон может быть полезным.По возможности в ветреные дни следует устанавливать временные защитные полосы, чтобы уменьшить скорость ветра. Для снижения температуры поверхности бетона можно использовать временные солнцезащитные козырьки. В засушливых регионах, где преобладают условия пластической усадки, следует рассмотреть возможность использования ускоряющих добавок и средства для уменьшения испарения.

Свести к минимуму усадку при высыхании — Поддерживайте общее содержание воды в бетонной смеси на минимальном уровне, практически достижимом для предполагаемого применения. Этого можно достичь, используя высокое содержание твердых, жестких заполнителей, не содержащих глиняных покрытий, а также добавляя водоредуцирующие добавки среднего или высокого уровня.Кроме того, бетон не следует повторно закалять на стройплощадке.

Рассмотрите добавки — Добавка, уменьшающая усадку, или добавка, уменьшающая трещины, уменьшит усадку при высыхании и скорость усадки бетона при высыхании. Кроме того, их использование улучшит сопротивление растрескиванию, уменьшит высоту скручивания и скорость скручивания, а также уменьшит раскрытие стыков и скорость их раскрытия. Как указывалось ранее, добавки, уменьшающие образование трещин, также обеспечивают лучшие характеристики при ограниченной усадке.

Заключение
Как уже говорилось, бетон подвергается различным видам усадки, начиная с момента укладки. Они слабо связаны с возрастом бетона, например, пластическая усадка происходит, когда бетон еще пластичен, термическое сжатие в раннем возрасте может происходить в течение первых 24 часов, а усадка при высыхании происходит в течение нескольких дней и недель. В конструкции наклонно-вверх панелей и в отношении растрескивания под ограничением нас в первую очередь интересуют термическое усадка в раннем возрасте и усадка при высыхании (и автогенная усадка, в зависимости от пропорций смеси), которые, вероятно, будут играть самую большую роль.Разработка бетонной смеси с низкой усадкой может помочь уменьшить растрескивание панелей в дополнение к расширению швов в плитах на земле. Как отмечалось ранее, содержание воды в смеси является основным фактором долгосрочной усадки при сушке. Однако использование смеси с низким содержанием воды для стены по сравнению с полом с требованиями ровности пола (FF) или ровности пола (FL) — это два очень разных предложения. Использование добавки, уменьшающей усадку, или добавки, уменьшающей трещины, позволяет уменьшить усадку при высыхании и контролировать ширину трещин, не доводя содержание воды до такого низкого уровня, что бетон становится чрезмерно липким.Успешная разработка бетонных смесей с низкой усадкой требует хорошего взаимодействия между инженером, подрядчиком и производителем бетона, чтобы можно было достичь всех требований к характеристикам.

Список литературы

1. Lerch, W. «Пластическая усадка». Труды журнала ACI, т.
   53, вып. 8, февраль 1957 г., стр. 797-802.
2. ACI 305R-10. «Бетонирование в жаркую погоду», Американский институт бетона
   , 2010 г.
3. Невилл, А. Свойства бетона.4-е изд., John Wiley & Sons,
   , 1996, стр. 844.
4. Mehta, P.K. Бетон — структура, свойства и материалы.
   Прентис-Холл, 1986, стр. 450.
5. Миндесс, С., Дж. Ф. Янг и Д. Дарвин. Конкретный. 2-е изд., Pearson
   Education, 2003 г., стр. 644.
6. ASTM C 157 / C 157M, «Стандартный метод испытания на изменение длины
   затвердевшего гидравлического цементного раствора и бетона». Ежегодная книга стандартов ASTM
   , т. 04.02, ASTM International, 2008.
7. Косматка, с.Х., М.Л. Уилсон. Проектирование и контроль бетонных смесей
   . 15-е изд., Портлендская цементная ассоциация, 2011 г., стр. 444.
8. Lea, F.M. Химия цемента и бетона. 1-е американское издание
   , Chemical Publishing Company, 1971, стр. 727.
9. ACI 212.3R-10. «Отчет о химических добавках для бетона».
   Американский институт бетона, 2010 г.
10. Perenchio, W.F., D. A. Whiting, and D. L. Kantro. «Уменьшение воды
    , потеря осадки и увлеченные воздушно-пустотные системы как
    под влиянием суперпластификаторов.Суперпластификаторы в бетоне,
    SP-62, Американский институт бетона, 1979, стр. 137-155.
11. Lane, R.O., and J. F. Best. «Лабораторные исследования влияния суперпластификаторов
    на инженерные свойства простого и зольного бетона
    ». Суперпластификаторы в бетоне, SP-62, Американский институт бетона
    , 1979, стр. 193-207.
12. Nmai, C.K., R. Tomita, F. Hondo, and J. Buffenbarger.
    «Добавки, уменьшающие усадку». Concrete International, т.
    20, вып.4, апрель 1998 г., стр. 31–37.
13. Nmai, C.K., D. Vojtko, S. Schaef, E.K. Аттиогбе и М.А.Бери.
    «Добавка, уменьшающая образование трещин». Concrete International, т. 36, нет.
    1, январь 2014 г., стр. 53–57.
14. Бенц, Д.П. «Влияние добавок, уменьшающих усадку, на ранние свойства цементных паст
    ». Журнал Advanced
    Concrete Technology, вып. 4, вып. 3, октябрь 2006 г., стр. 423-429.
15. Трокселл, Г. Э., Дж. М. Рафаэль и Р. Э. Дэвис. «Длительные испытания на ползучесть
    и усадку простого и железобетона.”
    Труды ASTM, vol. 58, 1958, с. 1101–1120.

Усадка бетона: что это такое и как ее предотвратить?

При правильной установке бетон чрезвычайно прочен и не требует особого ухода. Он поглощает и сохраняет тепло, ветро- и водостойкий, негорючий. С другой стороны, бетон с трещинами — это совсем другая история.

Одна из основных причин растрескивания бетона известна как растрескивание при сухой усадке, которое может стать настоящей болью в процессе отверждения и, скорее всего, приведет к еще большим проблемам в будущем.

Для того, чтобы бетон со временем гидратировался и набирал прочность, минимальное необходимое количество воды составляет 26 галлонов на ярд. Вся вода более 26 галлонов используется только для перекачивания и удобоукладываемости бетонной смеси.

Когда на этапах смешивания добавляется больше воды, чем требуется по проекту для измеренной осадки, это помогает укладывать бетон и работать с ним. Однако лишняя вода не используется для процесса гидратации и вытекает из бетона.Когда вода покидает бетон, она вызывает изменение объема, известное как усадка при высыхании. Если бетон не будет достаточно прочным во время процесса отверждения, чтобы выдержать растягивающее усилие, вызванное этим изменением объема, бетон потрескается.

Есть много причин, по которым бетон может потрескаться:

1. В очень жаркий и ветреный день поверхность бетона может терять влагу быстрее, чем это выдерживает бетон, и вызывать поверхностную усадку, известную как растрескивание из-за пластической усадки.Это может происходить на всех этапах процесса отверждения бетона до финальной настройки. Растрескивание только на поверхности и не на всю глубину.
2. По мере того, как бетон проходит окончательное время схватывания (до 7 дней), происходит изменение объема бетона, так как лишняя вода, не использованная для гидратации, покидает бетон. Этот тип растрескивания обычно имеет полную глубину, и его можно контролировать, размещая стыки в пределах от 8 до 12 футов квадратной планировки, чтобы заставить это растрескивание происходить эстетически, а не случайным образом.
   
3. Когда верхняя часть бетона сохнет быстрее, чем нижняя часть бетона, это может вызвать так называемое термическое дифференциальное растрескивание. Этот тип растрескивания очень характерен, поскольку трещины появляются с широкими зазорами и имеют очень зазубренный край.