Усадка бетона и начальные напряжения
Бетон обладает свойством уменьшаться в объёме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объёме при твердении в воде или очень влажной среде (набухание бетона).
Усадка бетона происходит в результате кристаллизации цементного камня и интенсивного испарения воды с поверхностных слоев бетона. Она особенно интенсивно протекает в первые две недели твердения бетона. Через год её можно считать практически закончившейся.
Как показывают опыты, величина усадки бетона зависит от целого ряда причин:
- количества и вида цемента (его минералогического состава) - чем больше расход цемента на единицу объёма бетона, тем (при прочих равных условиях) больше усадка; при этом бетоны, приготовленные на высокоактивных и глинозёмистых цементах, дают большую усадку. Наименьшей усадкой обладают бетоны, приготовленные на портландцементе;
- количества воды - чем больше W/C, тем больше усадка;
- крупности заполнителей и их вида - при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться деформированию, т. е. чем выше их модуль упругости, тем усадка меньше. При разной крупности зёрен заполнителей и меньшем объёме пустот меньше и усадка;
- от влажности окружающей среды - чем ниже влажность, тем больше усадка;
- различные гидравлические добавки и ускорители твердения (например, хлористый кальций), как правило, увеличивают усадку;
- влияние пропаривания бетона на процесс усадки изучено пока недостаточно; однако имеются данные о том, что после пропаривания усадка уменьшается примерно в 1,5 раза;
- при наличии заполнителей с глинистыми и пылевидными загрязнениями усадочные деформации бетона могут увеличиться в несколько раз.
Средняя величина годичной усадки тяжёлого бетона средней прочности, приготовленного на портландцементе, при естественном твердении составляет esl = 3·10-4 относительных единиц. Абсолютная величина деформации набухания примерно в 2...5 раз меньше усадки.
Деформацию усадки бетона можно представить как сумму деформаций двух видов - собственно усадки и влажностной усадки.
Собственно усадка происходит в результате уменьшения истинного объёма системы цемент - вода при гидратации. Она может развиваться при полной изоляции бетона от внешней среды и всегда ведёт к необратимому уменьшению первоначального объёма.
Влажностная усадка связана с уменьшением влагосодержания бетона, то есть с испарением свободной воды в цементном камне и обусловлена капиллярными явлениями (натяжением менисков в порах цементного камня); она частично обратима: при твердении на воздухе происходит уменьшение объёма (усадка), а при достаточно большом притоке влаги – увеличение объёма (набухание).
Деформации, происходящие вследствие влажностной усадки бетона, по величине в 10...20 раз превышают деформации собственно усадки. Поэтому изменение влагосодержания бетона - основная причина усадочных деформаций.
Усадка повышает сцепление арматуры с бетоном, вызывая её обжатие, что является положительным фактором.
В реальных условиях усадка бетона происходит неравномерно: развитие усадки начинается с поверхности бетона и постепенно, по мере его высыхания, распространяется вглубь. Уменьшение объёма цементного камня встречает сопротивление со стороны инертных составляющих бетона, которые стремятся сохранить свой объём постоянным. Возникающие при этом внутренние усилия могут служить причиной микроразрушений на границе цементно-песчаного камня и крупного заполнителя и даже в самом цементно-песчаном камне. Образующиеся при этом микро- и макротрещины отрицательно влияют на физико-механические свойства бетона. Особенно существенно сказывается влияние усадки на напряженно-деформированное состояние в массивных конструкциях (плотины и т. п. конструкции).
Уменьшения начальных усадочных напряжений в бетоне и тем самым предотвращения образования усадочных трещин можно добиться технологическими мерами — правильным подбором состава бетона (за счёт уменьшения объёма пор), увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, увлажнением, особенно в первые дни, поверхности бетона при естественном твердении и др., а также конструктивными мерами - например, устройством усадочных швов в конструкциях большой протяженности, постановкой противоусадочных сеток.
Бетоны, приготовленные на специальных цементах (расширяющемся или безусадочном) усадки не дают. Особо прочные бетоны класса В100 и выше также практически не дают усадки.
Дата добавления: 2014-12-30; просмотров: 2743;