Деформативные свойства бетона.

ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ УСАДКА БЕТОННОЙ СМЕСИ

В процессе приготовления, твердения, эксплуатации в бетоне происходят объемные изменения, возникают деформации материала. Величина их зависит от структуры бетона, свойств его составляющих, особенностей технологии и ряда других факторов. Деформативные свойства бетона учитывают при проектировании конструкций; они оказывают большое влияние на качество и долговечность бетонных и железобетонных сооружений.

Условно деформации бетона можно разделить на следующие виды:

а) собственные деформации бетонной смеси (первоначальная усадка) и бетона (усадка и расширение);

б) возникающие под действием физико-химических процессов, протекающих в бетоне; в) деформации от действия механических нагрузок, причем различают деформации от кратковременного действия нагрузок и от длительного действия - ползучесть бетона;

г) температурные деформации бетона.

После укладки бетонной смеси может происходить седиментационное осаждение твердых частиц и постепенное ее уплотнение. Этот процесс наиболее ярко проявляется в пластичных и литых смесях. При этом на поверхности смеси может выделяться вода, изменяться объем смеси. При значительной высоте изделия осадку можно наблюдать невооруженным глазом, так как деформации бетона весьма значительны и превосходят величину обычной усадка затвердевшего бетона в десятки раз.

На рис. 6.1 показан характер развития первоначальной усадка. Деформации интенсивно развиваются в первый момент после укладки и уплотнения бетонной смеси и постепенно затухают уже через 30... 90 мин. Если применяются литые смеси, то в первоначальный период на поверхности бетона может выделяться слой воды. Водоотделение достигает максимума через 10...20 мин, а затем начинается постепенное всасывание воды в глубь бетона вследствие интенсивного протекания процесса контракции цементного теста.

Величина первоначальной усадка зависит от состава бетонной смеси и свойств использованных материалов. Жесткие бетонные смеси имеют меньшие величины первоначальной усадка, чем пластичные и тем более литые смеси. Первоначальная усадка уменьшается со снижением водосодержания бетонной смеси и уменьшения расхода цементного теста, при применении тонкомолотых добавок, хорошо удерживающих воду (трепел, диатомит, метилцеллюлоза и др.), при высоком содержании крупного заполнителя, обеспечивающего создание жесткого скелета в бетонной смеси. В табл. 6.1 приведены некоторые значения полной первоначальной усадка обычной бетонной смеси на гранитном заполнителе, полученные при испытаниях в специальных пластмассовых формах - цилиндрах высотой 300 мм и диаметром 100 мм.

УСАДКА БЕТОНА

Процесс твердения бетона сопровождается изменениями его объема. Наиболее значительным является уменьшение объема при твердении в атмосферных условиях или при недостаточной влажности среды, получившее название усадка бетона. При твердении в воде или во влажных условиях уменьшение объема бетона может не происходить, а в ряде случаев наблюдается даже его незначительное расширение.

Усадка бетона вызывается физико-химическими процессами, происходящими в бетоне при твердении, и изменением его влажности. Суммарная величина деформаций усадка складывается из ряда составляющих, из которых наиболее существенное значение имеют влажностная, контракционная, карбонизационная деформации, названные так по виду определяющего фактора.

а) Влажностная усадка вызывается изменением распределения, перемещением и испарением влаги в образовавшемся скелете цементного камня. Эта составляющая играет ведущую роль в суммарной усадке бетона.

б) Контракционная усадка вызывается тем, что объем новообразований цементного камня меньше объема, занимаемого веществами, вступающими в реакцию. Эта усадка развивается в период интенсивного протекания химических реакций между цементом и водой и не столько изменяет внешние размеры образца, сколько способствует изменениям в паровой структуре материала: уменьшается объем пор, занимаемых водой, возникают воздушные поры. Обычно эта усадка развивается в период затвердения бетона, когда он еще достаточно пластичен, и поэтому чаще всего не сопровождается растрескиванием материала.

в) Карбонизационная усадка вызывается карбонизацией гидроксида кальция и развивается постепенно с поверхности бетона в глубину.

Усадка бетона, особенно влажностная и карбонизационная, происходящая в уже затвердевшем материале, может привести к возникновению трещин в бетоне, например, вдоль предварительно напряженной арматуры или в изделиях с большой открытой поверхностью, что ухудшает качество конструкций и сооружений и их долговечность. В некоторых случаях может потребоваться ремонт конструкции. Поэтому при проектировании и производстве бетонных и железобетонных изделий необходимо учитывать влияние усадка бетона.

Величина усадка бетона зависит от его состава и свойств использованных материалов. Усадка увеличивается при повышении содержания цемента и воды, применении высокоалюминатных цементов, мелкозернистых и пористых заполнителей. Быстрое высыхание бетона приводит к значительной и неравномерной усадке (усадка поверхностных слоев материала выше) и может вызвать появление усадочных трещин.

Предложены различные зависимости усадка бетона от его состава, однако в реальных условиях действительная усадка может заметно отличаться от расчетных значений, так как на ее величину влияет много факторов, трудно поддающихся учету.

Формулу, связывающую усадку бетона с его составом, предложил Р. Лермит:

,

где и - усадка цементного камня и бетона: - константа материала, которая зависит от В/Ц, крупности заполнителя и других факторов, = 1,5 ... 3,1; и - объемы заполнителя и цемента. Более полно можно оценить влияние различных факторов на усадку бетона из выражения: ,

где - предельное значение деформаций усадка данного бетона; - предельное значение деформаций усадка бетона из смеси определенного состава в заданных исходных условиях; ‚- безразмерные коэффициенты, учитывающие относительное влияние различных факторов: В/Ц, содержания цементного теста, размеров образца = А/Р (А - площадь поперечного сечения, Р - eгo периметр) и влажности окружающего воздуха .

При определении принимают В/Ц = 0,5, ЦТ = 0,2, = 2,5 см, = 70%. В. формуле отсутствует коэффициент, учитывающий влияние возраста бетона к моменту начала протекания усадки, поскольку продолжительность начального твердения бетона во влажных условиях мало отражается на предельной величине усадки бетона.

Значения коэффициентов для обычного тяжелого бетона приведены на рис. 6.3. Изменение их позволяет ориентировочно оценить влияние различных факторов на усадку бетона.