Усадка бетона

Усадка бетона происходит на воздухе при твердении бетона, при этом бетон сжимается а линейные размеры бетонных элементов сокращаются.

Усадка бетона слагается из влажностной , карбонизационной и контракционной составляющих.Как показали исследования А.Е. Шейкина и С.В. Александровского, испарение воды из цементного гелия сопровождается сближением его частиц и является причиной влажностной усадки.В этом смысле усадку бетона можно назвать « укорочением » от высыхания.

Карбонизация содержащегося в цементном камне гидрата окиси кальция  с переходом его в углекислый кальций также вызывает усадку, особенно заметную в ячеистых бетонах. Обычные измерения дают общую величину усадки бетона , слагающуюся из влажностной и карбонизационной составляющих.Контракционная составляющая усадки, вызванная уменьшением абсолютного объема системы цемент-вода, невелика и составляет всего около 10% от влажностной усадки.

Рисунок-1. Кривые усадки:

 

 

 

 

 

 

 

 

1-цементного камня, 2- раствора, 3-бетона.

Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне.

Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня (рисунок-1).

Рисунок-2. Кривые деформации бетона (а) и изменения его влажности (б), вызванные попеременным высыханием и увлажнением (восходящие ветви — усадка, нисходящие — набухание) (по С. В. Александровскому)

 

 

 

 

 

 

 

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания (рисунок-2), которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона. Значительную усадку имеют бетоны из жидких смесей (с большим расходом цемента, а также водоцементным отношением). Наибольшая усадка в бетоне происходит в начальный период твердения — за первые сутки она составляет до 60…70% от месячной усадки.

Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто вследствие испарения и поглощения влаги гидратирующимися зернами цемента. В результате обезвоживания частицы сближаются между собой и цементный камень дает усадку. Объемные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания (иногда до 50 °С внутри массивных конструкций) в результате экзотермических реакций цемента с водой.

Объемные изменениях бетона могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление трещин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструкциях устраивают специальные температурные швы. Чтобы уменьшить экзотермию бетона, применяют цементы с малым выделением тепла. Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента. Усадка бетона возрастает с увеличением тонкости помола цемента.