Что такое усадка бетона уменьшение объема

Обновлено: 08.05.2024

Усадка бетона – это явление, которое частные застройщики часто не принимают во внимание. Они либо вообще не знают о нем, либо считают его несущественным и не влияющим на общую прочность строения. Усадкой называют процесс, при котором размеры бетонной смеси медленно уменьшаются на разных этапах: при схватывании, твердении – до и после набора марочной прочности.

Для правильной заливки смеси необходимо рассчитать коэффициент усадки бетона, который в соответствии с установленными нормами не должен превышать 3 %.

Особенно это актуально при строительстве массивных зданий. Для снижения этого показателя существует ряд технологических приемов.

Виды усадки

Усадка бетона классифицируется по двум основным факторам:

Временному. Характеризует усадочные процессы по периоду их протекания – сразу после заливки, до набора марочной прочности, после твердения.
Причинному. Характеризует разные виды усадочных процессов по физико-химическим параметрам, вызывающим изменение объема бетонного элемента.

Классификация по временному фактору

В процессе схватывания и твердения бетона можно выделить следующие варианты усадки:

Пластическая усадка бетона. Происходит в течение 8 часов после заливки. После этого периода не учитывается. Ее причина – уход воды из залитой смеси. Эта проблема возникает из-за выхода воды из цементного молочка через опалубку, основание, испарение в окружающую среду. Для минимизации этого процесса необходимо правильно установить опалубку, гидроизолировать ее, устроить подушку из тощего бетона под бетонный элемент, обеспечить оптимальные условия для схватывания и твердения смеси до набора критической прочности (50-70 % от марочной). Чем выше температура и ниже относительная влажность воздуха, тем чаще необходимо осуществлять увлажнение бетонного элемента, особенно в первые дни после заливки. Максимально допустимая величина линейной пластической усадки – 4 мм на 1 метр. Этот процесс является первичным и относится к обратимым.
Аутогенная. Протекает в молодом бетоне до достижения марочной прочности, которая в стандартных условиях наступает в возрасте 28 дней. Обычно линейное изменение размеров равно 1 мм на 1 м и в строительстве малоэтажных строений не учитывается. В крупногабаритных бетонных элементах провоцирует появление микротрещин.

Изменение размеров зрелого бетона. Длится в течение трех-четырех месяцев после заливки. В дальнейшем, оно, если и присутствует, то протекает крайне медленно. Ранее для обеспечения прочности строения, фундамент, залитый по монолитной технологии, выстаивался в течение длительного периода – до года. Сегодня эту проблему решают использованием определенных типов цемента и введением специальных присадок, а также с помощью рационального армирования.

Виды усадки бетона по причинам ее возникновения

Коэффициент усадки бетонной конструкции может быть вызван следующими физико-химическими процессами, происходящими в бетоне после его заливки:

Контракционная усадка. Иначе она называется «стяжением бетона». Возникает из-за химического взаимодействия воды с минеральными компонентами вяжущего. Развивается в начальный период схватывания и твердения смеси, когда реакции гидратации протекают особенно бурно. Образующиеся гидраты имеют меньший объем, по сравнению с суммарным объемом используемых компонентов. Этот вид усадочных процессов меньше всего сказывается на рабочих характеристиках строительной конструкции.
Влажностная. Происходит из-за интенсивного ухода влаги из бетонной смеси в процессе схватывания и твердения через опалубку, основание, из-за испарения в окружающую среду.
Карбонизационная. Объем цементного камня меняется уже после приобретения им марочной прочности из-за продолжения образования карбонатов.

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.

Какие факторы влияют на коэффициент усадки бетона? Способы его снижения

На этот параметр влияют следующие факторы:

Минералогический состав цемента, его марка, процентное содержание в смеси. Повышение доли цемента в единичном объеме бетонной смеси приводит к повышению усадочного коэффициента. Портландцемент обеспечивает меньшие усадочные процессы, по сравнению с глиноземным и высокоактивными сортами цемента.
Тип заполнителей и их процентное соотношение в смеси. Чем выше доля крупного заполнителя в смеси, тем ниже коэффициент усадки. Смеси на тяжелых заполнителях в общем случае усаживаются меньше, чем бетонные продукты на легких заполнителях. Для бетонов на легких заполнителях характерно линейное изменение размеров в 0,4-0,9 мм/м, на тяжелых – не более 0,5 мм/м.
Водоцементное соотношение. Чем меньше количество воды в смеси, тем меньше усадочный коэффициент.
Качество армирования. Наличие жесткого арматурного каркаса значительно снижает усадочные процессы.
Относительная влажность воздуха. Чем она ниже, тем интенсивнее усаживается бетонный элемент.
Ускорители твердения увеличивают усадочные процессы.
Влияние пропаривания на усадочные процессы в достаточной мере не изучены. Но, по некоторым данным, пропаривание их снижает в 1,5 раза.

Способы устранения или уменьшения усадки бетонной конструкции

Меры, позволяющие снизить усадочные процессы и предотвратить их негативные последствия:

Определение оптимального состава бетонной смеси – номенклатуры используемых компонентов, водоцементного соотношения, процентного содержания вяжущего и заполнителей.
Применение цементов алитового типа, которые обеспечивают меньшую усадку, по сравнению с алюминатными цементами.
Обеспечение нормальных температурно-влажностных условий твердения бетонного элемента.
Вибрирование бетонной смеси после заливки, позволяющее избавиться от лишнего воздуха.

Применение расширяющих цементов и присадок, снижающих усадочные процессы. К таким присадкам относятся пластификаторы, которые вступают в реакцию с водой, расширяются и равномерно распределяют напряжения.

Строитель с 20-летним стажем
Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Усадка бетона – явление довольно распространенное, несмотря на то, что бетон демонстрирует великолепные характеристики стойкости к внешней среде и прочности. Многие новички вообще не учитывают данный фактор из-за незначительности коэффициента усадки, но это в будущем может сказаться на сроке службы здания и особенностях его эксплуатации.

Принято считать, что бетон не усаживается, в отличие от деревянных строений, домов из менее плотных и прочных материалов. И это утверждение близко к истине – упрочненный арматурным каркасом бетон демонстрирует минимальный показатель изменения объемов материала конструкций с течением времени. Но минимальная усадка бетона при твердении – не равно полному ее отсутствию, поэтому до начала проектирования и возведения здания необходимо тщательно изучить этот вопрос.

Что такое усадка

Усадка бетона – это уменьшение его размеров и объема из-за таких изменений, как потеря влаги материалом, уплотнение, затвердевание в результате прохождения химических, физических, физико-химических процессов. Уменьшение объема редко превышает 1%, что очень незначительно и практически незаметно, но только при условии, что соответствующие данные учитываются в проекте и строительстве.

Если фундамент или монолит обладают низкими прочностными характеристиками, то и такой незначительной усадки будет достаточно для появления трещин, отслаивания поверхности, разнообразных деформаций, что существенно уменьшает срок эксплуатации конструкции.

Коэффициент усадки незначителен

Современные производители стараются вводить в цемент различные добавки, пластификаторы, присадки, чтобы добиться наиболее оптимального соотношения компонентов для сохранения первоначальных параметров здания через многие годы. Если фундамент небольшой, то коэффициента осаждения на уровне 1-1.5% будет не заметно.

Тем более, что допустимый коэффициент усадки в соответствии с ГОСТом составляет максимум 3%. Но если конструкция большая, то данный показатель для бетона лучше, все-таки, учитывать.

В соответствии со временем усадка бетона может быть: произошедшей до застывания раствора, параллельно со схватыванием смеси, уже после затвердевания бетона. По причинам появления усадка может быть такой, что произошла из-за прохождения внутри цемента химической реакции между компонентами (гидратация) или появилась вследствие физико-химического, физического воздействия (например, когда в процессе высыхания бетон теряет влагу).

Виды усадки в процессе застывания и упрочнения бетона:

1) Пластическая – появляется сразу после заливки, при схватывании, длится 8 часов, потом не учитывается. Происходит из-за испарения воды из раствора, максимальный показатель может быть равен 4 миллиметрам на метр. Чтобы избежать негативных последствий, бетон увлажняют водой на протяжении всего времени высыхания, в первые часы особенно часто.

2) Аутогенная – происходит в сравнительно «молодом» бетоне в процессе его затвердевания и набора прочности. Равна 1 миллиметру на метр, часто вообще не учитывается, но важна при проектировании крупных объектов, где изменение геометрии даже в таких небольших пределах становится причиной появления микротрещин.

3) Усадка при высыхании – ГОСТ допускает минимальные значения, так как правильно приготовленный и уложенный раствор демонстрирует прочность и долговечность. Но в некоторых случаях усадка бетона через несколько лет может давать даже 5 миллиметров на метр. Из-за этого раньше бетонному фундаменту позволяли год выстояться, а потом продолжали работы. Сегодня проблема решается армированием и правильным определением состава бетонной смеси.

Деформация

В современном строительстве применяют минеральные добавки к бетону, которые позволяют деформации и усадку свести к минимуму. Благодаря применению этих добавок в процессе затвердевания осуществляется увеличение линейных размеров кристаллов цемента. Бетону придают высокую водонепроницаемость, прочность, обеспечивая долговечность конструкции.

Благодаря применению добавок удается уменьшить показатели растяжения на изгиб, проницаемость, устранить деформации. Конкретный тип и объем добавок определяют индивидуально.

Первичная и вторичная стадии

Усадка бетона может происходить на двух стадиях. Первичная – когда раствор находится еще в жидком либо пластичном состоянии и наблюдается уход влаги через опалубку либо посредством впитывания в основание дороги, испарением. Вторичная усадка наблюдается в процессе высыхания и твердения состава.

Первичный тип усадки может быть уменьшен за счет правильной системы ухода за бетоном, выбором основания, корректным монтажом опалубки. Проведя все необходимые мероприятия, первичную усадку можно легко уменьшить. Вторичная же деформация необратима, даже изменение влажности бетона все равно не придаст первоначальных параметров.

Немаловажно помнить о том, что усадка отдельных элементов бетонной конструкции может проходить по-разному. Так, если бетонная панель быстро теряет влагу из-за нагревания внутри, под воздействием атмосферы, то после заливки фундамента массивных конструкций высыхание будет происходить намного медленнее, как и усадка. Это может стать причиной появления внутренних напряжений, ведущих к трещинам.

Из-за прохождения химических реакций в верхних слоях может наблюдаться дополнительная деформация между углекислым газом воздуха и известью. Воздух выделяется в процессе гидратации цементного раствора, а сама реакция элементов называется карбонизацией, что также увеличивает общую усадку поверхности.

Основные виды

Виды усадки бетона зависят напрямую от этапа выполнения работ и состава раствора. Основной причиной появления трещин становится влага, поэтому и виды усадки зависят от того, на каком этапе уходит или появляется влага, как она взаимодействует с входящими в состав материалами. Усадка бывает пластической, аутогенной (молодого бетона), происходящей при высыхании (зрелого бетона).

Причины образования

Усадка может происходить как из-за испарения влаги из раствора, так и по причине действия определенных капиллярных сил в самой структуре цемента. Когда из капилляров диаметром меньше 200 нанометров уходит вода, происходит их сужение, материал уплотняется, деформируется.

Так или иначе, но влага имеет самое важное значение при прохождении процессов усадки. И важна она как в качестве внешнего воздействия, так и как составная часть самого цемента. Стоит помнить, что усыхание в процессе твердения максимально, если в составе есть большая доля алюминатов. Чтобы снизить показатель, используют цементы алитового типа, в которых образуется гидрооксид кальция и усадка минимальна.

Основная причина уменьшения размеров бетонного монолита – химическое взаимодействие между цементом и водой. Логично, что чем меньше этих веществ будет включено в состав, тем меньше будет значение усадки. Поэтому при работе с высокопрочными марками фактор учитывают обязательно.

Обычно все деформации наблюдаются в первые 3-4 месяца – в среднем линейное уменьшение размеров равно 2 миллиметрам на метр. Потом процесс замедляется в несколько раз. Во многом усадка бетона зависит от модуля упругости, который определяется такими моментами: вид вяжущего вещества, тип наполнителя, их соотношение в растворе.

Тяжелые типы дают меньше усадки, чем легкие (они пористые и усадка может достигать 1 сантиметра на метр). Тут работает правило: чем меньшего размера элементы заполнителя, тем меньше усадки даст приготовленный на его базе раствор.

Усадка при обезвоживании раствора: потери в процессе эксплуатации

Одна из главных проблем, связанных с усадкой бетона – усадка при твердении: сначала процесс запускается потерей воды, потом состав садится из-за физических процессов, химической реакции в поверхностных слоях бетона.

Существующие виды

Сначала стоит упомянуть контракционное сжатие бетона, которое имеет место при приготовлении раствора. Образующиеся при взаимодействии цемента и воды гидраты обладают меньшим объемом в сравнении с первоначальным материалом. Такая усадка влияет на пористость бетона, потеря объема небольшая.

Более серьезно обезвоживание раствора, которое может быть двух типов: пластический и гидравлический. Пластическая усадка проходит в первые 3-6 часов после выполнения заливки из-за быстрой потери воды составом. Чем меньший объем воды в растворе, тем меньше он деформируется. Меньше в объеме теряют и правильно армированные конструкции.

После схватывания раствора осаживание постепенно переходит в гидравлическую фазу: проходит менее активно, медленно, менее опасно для конструкции. Бетон сохнет и сжимается неравномерно, могут появляться внутренние напряжения. Нужно помнить, что если заливка бетона осуществляется при высоких значениях температуры воздуха, то недостаток воды спровоцирует трещины даже на первом этапе, а второй пройдет более интенсивно.

Когда бетон полностью застыл и набрал прочность, в нем все равно происходят процессы осаживания. Современные строительные материалы модифицируют разными добавками, но все равно часто фундаменту позволяют выстояться какой-то срок. Многое зависит от качества цемента – в некоторых случаях бетон осаживаться может до двух лет. Карбонизация в условиях сезонных скачков температур также может дать около 5 миллиметров усадки.

Ввиду всех вышеперечисленных факторов, фундамент лучше всего заливать весной или ранним летом, чтобы у бетона было время высохнуть, набрать прочность и зимой его не порвало деформациями.

Нюансы усадки в разных условиях

Использование специальной вибротехники позволяет сразу убирать воздух с еще незастывшего раствора, уменьшая будущую усадку. Процесс выполняют с использованием специальной техники или самостоятельно (трамбуя, пробивая, стаптывая, протыкая штыком смесь).
Многие современные составы предполагают использование технологий, которые призваны уменьшить усадку. И хоть полностью устранить явление не удастся, нивелировать его влияние на конструкцию можно. Так, пенобетон, газобетон дают минимальные значения усадки, особенно при условии выполнения армирования.
Считается, что меньше подвержены усадке плывучие составы, но более жидкие смеси часто демонстрируют ухудшение других свойств.
Усадка вырастает из-за добавления в бетон специальных смесей, позволяющих работать при морозе, менять еще какие-то характеристики.
Многое зависит от влажности поверхности – оптимальным показателем считается 55-70%: если влажность ниже, коэффициент усадки увеличится, материал начнет прессоваться.
Чем меньше масса раствора, тем ниже коэффициент усадки.

Вывод

Если не принимать в расчет усадку, то в процессе эксплуатации здания это может привести к серьезным проблемам. Усадка тем больше, чем крупнее объект, увеличивается при отсутствии армирования, введении пластификаторов, выполнении работ в экстремальных условиях, несоблюдении технологии приготовления и использования раствора.

Рабочие швы

Рабочими называются швы между бетоном, который уже схватился и тем, что только что залит в пределах одного монолита. Холодный шов не приветствуется в строительстве, так как ухудшает прочность монолита, поэтому обычно опалубку стараются залить в один прием. Если же такой возможности нет – опалубку заполняют слоями, накладывая следующий до схватывания предыдущего.

Если же бетонирование выполняют с заметными паузами, следуют некоторым правилам: на схватившийся бетон следующие слоя кладут лишь по достижении им прочности минимум 150 кгс/см, старую поверхность чистят от цементных пленок щеткой или инструментом, пескоструем. Также для обеспечения лучшего сцепления используют битум, разные типы клея, грунта.

Если речь идет о колоннах, расположение усадочного шва должно быть на уровне низа прогона, верха фундамента, балок. Когда заливаются балки, шов делают на несколько сантиметров ниже поверхности плиты перекрытия, в обычных плитах шов должен быть параллельным меньшему из сечений плиты.

Компенсационные

Компенсационные швы выполняют для компенсирования теплового расширения и иных воздействий, становящихся причиной появления трещин. Такие швы рассекают конструкцию, деля ее на несколько отдельных монолитов.

Компенсационные швы нужны в таких случаях:

Длина монолита составляет больше 50 метров (но в условиях сурового климата советуют вместо 50 принимать 25 метров)
По периметру большого монолитного пола (чтобы избежать напряжений и трещин из-за усадки фундамента и стен)
Вокруг колонн, которые стоят на уплотненном грунте или подсыпке

Требования к швам: толщина минимум 6 миллиметров, вокруг колонн можно делать квадратные (развернув на 45 градусов) или круглые швы, полости заполняют герметиком либо изоляционным материалом, чтобы избежать попадания туда грязи, влаги, микроорганизмов.

Усадочные

Задача усадочного шва – компенсировать неоднородность высыхания стяжки после заливки. Толстые слои бетона обычно сохнут неоднородно: сверху усадка больше, внутри меньше и это может деформировать основание. Но принудительное деление поверхности на площади исключит возможность появления трещин.

Основные правила выполнения:

Фрагмент стяжки внутри швов выполняется прямоугольным либо квадратным, соотношение сторон должно быть максимум 1:1.5
Только прямые линии, без изгибов
Внутри помещения максимальный размер фрагмента между швами составляет 6х6 метров, на улице – 3х3. Бетонные дорожки делят продольным швом, если их ширина превышает 3.6 метра
Г-образные участки делят на прямоугольники или квадраты
Швы выполняют глубиной четверти/трети толщины стяжки

Технология

Компенсационные и усадочные швы выполняют так: в процессе заливки монолит делят рейками, досками, пластиковой вагонкой или кусками стекла на сектора, после схватывания элементы удаляют, бетон прорезают болгаркой с алмазным кругом.

Заключение

Избежать усадки бетона не удастся, но показатель можно существенно уменьшить, нивелировав его влияние на надежность и долговечность здания. Так, если в строительстве жилых зданий использовать бетон высоких марок, выполнять армирование, замес и заливку осуществлять в оптимальных условиях, с соблюдением пропорций состава, смесь обрабатывать вибратором, а влажность поверхности сохранять на оптимальном уровне, есть шанс сделать усадку практически незаметной. Но учитывать коэффициент усадки в проектировании строительстве здания все равно нужно.

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.

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

Факторы, вызывающие усадку бетона

В процессе твердения бетонной массы в ней происходят физико-химические процессы, меняющие структуру. Усадка – следствие этих изменений. Она продолжается во время и после затвердения бетона, что необходимо учитывать, создавая конструкции.

Виды процессов, приводящих к усадке бетона при высыхании:

удаление влаги;
карбонизация;
контракционная усадка.

Установлено, у цемента зернистая основа и вода проникает вглубь постепенно, образуя гидросиликаты. Для гидратации требуется длительный период, исчисляемый неделями. В это время вода из поверхностного слоя испаряется, и появляются усадочные трещины, снижающие прочность бетона. Испарение влаги из внутренних слоев происходит, если капилляры между зернами меньше 0,1 мкм.

Контракционная усадка – стягивание массы, в результате гидратации. Происходит в свежем бетоне, за счет образования годрогеля кальция.

Карбонизация – химическая реакция Ca(OH)2 + CO2 = Ca CO3 + H2O. В результате получается известняк, а вода вытесняется по капиллярам. Материал уплотняется, что приводит к воздушной усадке бетона.

Уменьшение линейных размеров продолжается до полутора лет, что следует учитывать при строительстве. Чтобы стабилизировать процесс, уменьшить время усадки бетона, массу армируют, увеличивая прочностные качества монолита. Одновременно используется смесь с присадками, заливка массы под давлением с вибрацией для сведения усадки до ничтожного.

Коэффициент усадки бетона

Показатель определяет, на сколько процентов снижен первоначальный объем или линейность конструкции за период, отведенный на набор прочности. Допустимая усадка бетона по ГОСТу 24544-81 до 3 %, средняя около 1,5 %.

Показатель определяют, суммируя периоды застывания массы и набора прочности.

Пластическая усадка бетона при заливке, 4 мм/м
Аутогенная усадка – первая неделя, «молодой» бетон садится на 1 мм/м.
Бетон дает усадку в течение года до 5мм/м.

Линейные размеры при суммировании и переводе в объемные устанавливаются для разных марок бетона. На основании испытаний регламентируется коэффициент усадки бетона в ГОСТ.

Расчет потребности смеси с учетом усадки бетона ведут по формуле V=H*S*K, где:

V – объем изделия,
S – площадь поверхности,
Кус –коэффициент усадки бетона.

Принято коэффициент принимать 1,1. Это означает, расход раствора бетона на 10 % больше чем объем готового изделия, с учетом потерь и усадки.

Способы снижения усадки

Предупредить быстрое высыхание верхнего слоя бетона можно периодическим смачиванием поверхности. При температуре 20-30 градусов и влажности воздуха 90 % поверхность застывает без образования трещин. Для этого требуется увлажнение поверхности или подогрев плиты в паровой среде.

Нормы усадки бетона уменьшаются, если использовать в замесе:

расширяющиеся цементы; , компенсирующие усадку;
снизить содержание цемента;
снизить содержание песка.

Замес должен быть пластичным, но содержать минимальное количество воды. Для этого используют специальные добавки и расширяющиеся портландцементы марок ОБТЦ, БТЦ.

Усадку бетона при твердении можно уменьшить введением пластификаторов, добавкой извести, солей алюминия, арматурой, но полностью исключить невозможно. Введение пористых наполнителей уменьшает показатель в 2,5 раза. Формовка с использованием уплотнения вибрацией снижает величину усадки бетона на 0,6-0 8 %.

Как рассчитать усадку бетона в замесе

Лабораторные исследования позволяют определить текучесть массы и ее усадку. Основными методами является осаждение бетона в конусе и испытание стандартного куба после затвердевания. Текучесть бетона – способность состава растекаться при уплотнении вибратором, заполняя пустоты.

Показатель стандартный, обозначается буквой «П» и литерой 1,…5. Чем больше коэффициент текучести, тем больше в замесе воды. Для монолитной заливки используют смеси П1, П2, П3. их готовят по месту, бетон жесткий, быстро схватывающийся. В бетоновозе доставляют только П4 и П5.

Определение «П» выполняется емкостью в виде усеченного конуса объемом 6 л и высотой 30 см. Определяется, на сколько см опустился бетон, после того, как с него сняли конус.

Таблица текучести по усадке конуса

Показатель «Подвижность»	Усадка пробы, мм
П1 -малоподвижный	10-50
П2- малоподвижный	50-100
П3 – бетон общего назначения	100-150
П4- высокоподвижный	150-200
П5- высокоподвижный	>200

Исследование куба – монолита служит для более глубоких исследований с точными замерами усадки. Но чем большее число П, нем усадка больше, это закономерность. По усадке бетона в конусе можно судить, насколько осядет масса при заливке фундамента, рассчитать необходимый объем раствора.

Усадочные швы в монолите

Заливая монолитную плиту или ленту, необходимо выполнить усадочные швы. Небольшие зазоры, нарезанные в теле плиты, позволяют создать условия для равномерной усадки, без разрыва монолита. Линии разрыва наносят по правилам, подтвержденным расчетом усадки бетона.

Карта стяжки составляется из квадратов или прямоугольников с соотношением сторон 1:1,5. Линии должны быть без изгибов. Расстояние для нарезки выбирают, исходя из допустимых температурных изменений.

В помещении создают швы через 6 метров, на открытой площадке не более чем 3*3 м. Для дорожек достаточно расстояния 3,6 м. Шов не прорезает всю толщу монолита, он составляет 1/3 или 1/4 от толщины стяжки.

Если монолит представляет мощный фундамент, то используется бурение сверлом с алмазной насадкой, не разрушающее стенки, прорезающее бетон, как нож масло.

Нормативы созревания бетона

Как только цемент вступает в контакт с водой, начинается реакция образования гидрогеля – связующего вещества. Период пластической усадки длится 8 часов, начиная от замеса. Поэтому жесткую смесь укладывают тотчас, а для доставки на расстояние изготавливают высокоподвижные составы.

В течение 7 дней, завершается гидратация в бетонной массе, и формируются кристаллы известняка. Набирается 70 % прочности.Через 28 дней раствор бетона должен превратиться в монолит, на 100 % отвечать требованиям по прочности.

Заключение

Актуально использовать все способы ускорения созревания и усадки бетона, чтобы уменьшением линейных размеров после 28 дней пренебречь в расчетах. Марки практически безусадочного бетона на основе пластификаторов уже находят применение, растворы называют безусадочными. Их используют на ответственных стройках.

Усадка свежеуложенного бетона происходит в ранний период твердения вследствие пластической усадки. Основная причина – влажностная: усадка бетона происходит при изменении влажности, когда бетонная смесь находится в пластичном состоянии.

Пластическая (первичная) усадка

• развивается в первые часы (4-6 часов) после укладки бетонной смеси – с момента окончания уплотнения бетонной смеси до того момента, когда начинается структурообразование. После этого периода пластическая усадка не учитывается.

• величина пластической усадки бетона может составлять до 3 мм/м – размер деформации пропорционален размерам испарившейся жидкости;

• ширина раскрытия трещин от пластической усадки может достигать 1-2 мм.

Причина пластической усадки – уход воды из залитой смеси. Может возникнуть из-за испарения воды в окружающую среду или выхода воды из цементного молочка через опалубку (поглощение влаги опалубкой) или в основание (в грунт).

Особенно актуально в сухую жаркую погоду (при t ≥ 25°С в тени в 13-00 часов и относительной влажность менее 50%). Усугубляет пластическую усадку ветер.

Испарение воды с наружной поверхности твердеющего на воздухе бетона приводит к тому, что упрочнение и усадка протекают неравномерно по толщине массива бетона, а это вызывает появление на наружной поверхности волосных усадочных трещин.

Пластические деформации наиболее интенсивно развиваются сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси и уже через 30-90 мин затухают.

Величина пластической усадки зависит от состава бетонной смеси: она значительно снижается при уменьшении ее водосодержания. Чем жестче бетонная смесь, тем меньшую она имеет величину пластической усадки. Чем пластичней бетонная смесь, тем больше эта величина.

Также пластическая усадка снижается при создании жесткого «скелета» крупного заполнителя, при применении водоудерживающих тонкомолотых добавок.

Поверхностные трещины при пластической усадке представляют собой волосяные довольно прямые трещины длиной 50-750 мм. Они часто располагаются перпендикулярно рабочей арматуре. Иногда несколько трещин образуются параллельно друг другу на расстоянии 50-80 мм. Трещины, как правило, неглубокие, и редко проникают ниже верхней части защитного слоя бетона.

Есть мнение: «Если трещины неглубокие и не приводят к разрушению поверхности бетонной конструкции, в этом случае они относительно безопасны».

Это не так!

Трещины от пластической усадки свидетельствуют о том, что бетон в раннем возрасте был подвергнут обезвоживанию, то есть, из него уходила вода. Пластическая усадка – это результат интенсивной потери, как правило испарения, воды с поверхности бетона (более 200 г/м2ч).

Потеря воды затворения снижает прочность:

Это невосполнимые потери прочности бетона. Потом, если этот бетон даже утопить и держать его всегда под водой, он свою прочность не восстановит.

Морозостойкость и водонепроницаемость при проявлениях пластической усадки снижаются в несколько раз. То есть, если в проекте заложен бетон марки по морозостойкости F200, то в результате потери воды в лучшем случае получится бетон F50.

Существуют методы восстановления прочности и морозостойкости, однако они значительно удорожают стоимость конструкции (стоимость возрастает на порядок, то есть примерно в 10 раз).

К тому же трещины могут быть более глубокими и даже проходить конструкцию насквозь. Ширина трещин может достигать 2-3 мм.

Строительные нормы не допускают никаких трещин на монолитных железобетонных конструкциях, за исключением усадочных шириной раскрытия до 0,1 мм.

При образовании пластических трещин ни о какой прочности, а тем более долговечности конструкции говорить не приходится. В первую же зиму в трещины заходит вода, которая при морозах начинает расширяться, и к весне эти трещины значительно увеличиваются в размерах.

Защита от испарения воды в окружающую среду: первичный уход – не позднее 10 мин с момента окончания уплотнения бетонной смеси. Необходимо защитить свежеуложенный бетон от испарения, то есть, от обезвоживания. Продолжительность – до достижения бетоном прочности не менее 1,5 МПа, далее – влажностный уход, увлажнение бетонного элемента).

Существует два наиболее применяемых варианта защиты бетонной смеси от испарения:

• укрытие водонепроницаемой пленкой. Не просто укрытие, а прикатка пленки, чтобы она плотно соприкасалась с поверхностью и защищала ее.

• нанесение на свежеуложенную поверхность пленкообразующих полимеризующихся составов. Они за несколько минут образуют на поверхности пленку, которая также эффективна, как и пленка, нанесенная обычным образом.

Для минимизации процесса выхода воды из цементного молочка через опалубку или основание, прежде всего, нужно правильно установить опалубку, гидроизолировать ее, устроить подушку из тощего бетона для монолитного фундамента, обеспечить оптимальные условия для схватывания и твердения бетонной смеси до набора критической прочности (50-70% от марочной), исключив её обезвоживание.

Расстояние и основные положения

Нормы построения деформационных конструкций, соотношения в размерах, формулы для вычисления персональных параметров, в том числе и расстояние между деформационными швами, детально описано в строительных нормах и правилах (сокращенно СНиП). Еще подробная информация содержится в своде правил (далее СП). Согласно СП 27.13330.2011 (п. 6.27), расстояние между температурно-усадочными деформационными швами в железобетоне определяются формулой. Ее можно не соблюдать, если выбранные расчеты не больше значений, обозначенных в таблице (при показателе температуры -40 °С, относительной влажности воздуха 60%, и высоте потолка 3 м).

Расстояния между швами

Тип	Отапливаемые постройки или грунт, м	Неотапливаемые помещения, м	На улице, м
Сборные и сборно-каркасные одноэтажные	72	60	48
Те же многоэтажные	60	50	40
Сборно-блочные/сборно-панельные	55	45	35
Сборно-монолитные/монолитные каркасные	50	40	30
Те же сплошные	40	30	25

Размер блоков, между которыми размещаются деформационные швы, определен параметрами, описанными в следующих нормативных документах:

Например, температурно-усадочные швы укладываются шириной от 20 мм, постройка делится на равные блоки, деление начинается от фундамента. В осадочных же разрез идет по вертикали и его ширина также не должна быть меньше 20 мм. Для их поддержания и профилактики возникновения трещин в них же вставляют металлическую конструкцию, которая является герметиком и усилителем.

Усадка твердеющего бетона

Усадка твердеющего бетона происходит в период структурообразования бетона (в молодом бетоне) вследствие контракционной усадки.

Усадка твердеющего бетона, по сути, это усадка цементного камня. Начинается она после нескольких часов раннего твердения. Весьма значительная часть контракционной усадки развивается в молодом возрасте бетона, (примерно в пределах 7-10 суток). Практически вся усадка твердеющего бетона заканчивается к 28 суткам, при достижении бетоном марочной прочности.

Контракционная усадка

Контракционная усадка (химическая усадка, chemical shrinkage, autogenous shrinkage) – усадка в результате происходящих в цементном камне химических процессов взаимодействия исходных материалов. Происходит вследствие того, что портландцемент взаимодействует с водой (это явление называется гидратацией).

Гидратация цемента – химическая реакция цемента с водой с образованием кристаллогидратов. В процессе гидратации жидкий или пластичный цементный клей (цемент + вода) превращается в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием или схватыванием, вторая – упрочнением или твердением.

Вследствие гидратации образующиеся новые вещества (цементный камень) в объеме оказываются меньше, чем изначальные объемы портландцемента и воды, вместе взятых (цементного теста). Это уменьшение в объеме приводит к тому, что в структуре бетона возникает так называемая контракционная пористость, которая имеет положительный эффект для морозостойкости бетона и появляется контракционная усадка – отрицательное свойство бетона.

Происходит это следующим образом:

При затворении цемента водой из поверхностных слоев цементных зерен образуется рыхлая масса – коллоид, так называемый гель, склеивающий зерна цемента или же зерна песка и щебня. С образованием геля цементное тесто начинает густеть и терять пластичность. Этот процесс называется схватыванием.

Одновременно с твердением масса геля уплотняется. Количество воды в геле уменьшается, причем при твердении на воздухе испарение воды с поверхности тела значительно влияет на процесс твердения, ускоряя его в тех слоях, которые расположены ближе к наружной поверхности конструкции.

Но основная причина уменьшения воды в геле, сопровождающаяся его затвердением, заключается не в высыхании или испарении, а в так называемом «внутреннем отсасывании». Это значит, что еще неразложенные зерна цемента постепенно начинают гидратизироваться и, отсасывая воду из ранее образовавшегося геля, образуют новые массы геля. Таким образом коллоид геля постепенно обезвоживается, сжимается, твердеет и подобно обычному столярному клею значительно уменьшается в объеме и превращается в твердое тело, обладающее значительной прочностью – в цементный камень.

Это уменьшение объема, называемое «собственно усадкой бетона», является неизбежным спутником твердения цемента, независимо от того твердеет ли бетон на воздухе или в воде.

Отсасывание воды из окружающего геля продолжается до тех пор, пока зерна цемента не войдут полностью в реакцию. В цементе, измоломот не очень тонко, для этого требуются десятки лет, а в связи с этим длительно протекает и усадка бетона.

Как избежать усадки цементного камня?

Полностью избежать усадки цементного камня невозможно, так как продукты гидратации меньше объема исходных материалов. Исключение составляют лишь усадочные и расширяющиеся цементы.

Линейное изменение размеров при контракционной усадке составляет 1 мм на 1 м и в строительстве малоэтажных зданий обычно не учитывается.

Усадка бетона зрелого возраста

Усадка бетона зрелого возраста происходит после достижения проектного возраста (28 суток), в период эксплуатации. Длится в течении трех-четырех месяцев после заливки. В дальнейшем крайне замедляется.

Ранее для обеспечения прочности всего здания, монолитный фундамент перед нагружением длительное время (до года) выстаивался. Сейчас в этом нет необходимости, так как в современном малоэтажном домостроении применяют цемент определенных марок и различные специальные присадки.

Усадка бетона зрелого возраста происходит вследствие:

• усадки при высыхании (влажностной усадки);

• карбонизационной усадки.

Карбонизационная усадка

Карбонизационная усадка – усадка в результате химических процессов взаимодействия продуктов гидратации с проникающими из внешней среды компонентами. Связана с тем, что весь железобетон находится в среде углекислого газа.

Углекислый газ, проникая в структуру бетона, взаимодействуя с водой, образует так называемую угольную кислоту. Угольная кислота, в свою очередь, взаимодействуя с гидроксидом кальция, который есть в структуре цементного камня, образует карбонат кальция и воду.

Новообразованный материал в объеме получается меньше, чем изначальный. Кроме того, поскольку гидроксид кальция исчезает, происходит снижение показателя рH – показателя основности среды. А гидросиликаты кальция (основная часть цементного камня) очень чувствительны к этому показателю: когда рН начинает снижаться, они начинают перекристаллизовываться с выделением гидроксида кальция – чтобы спасти остальных, жертвуя частью себя. И это явление тоже приводит к небольшой усадке бетона.

Величина карбонизационной усадки существенно зависит от размеров образца, концентрации углекислого газа в воздухе, влажности бетона и относительной влажности воздуха. В ряде случаев по величине она может быть равна влажностной усадке.

Влажностная усадка

Влажностная усадка по мере твердения и высыхания бетона (усадка при высыхании, drying shrinkage) – усадка в результате физических и физико-химических процессов, вызывающих удаление воды (обезвоживание) из бетонной смеси в процессе твердения и высыхания.

Влажностная усадка при твердении и высыхании бетона (физико-механическая усадка) отличается от пластической влажностной усадки тем, что это прежде всего гидравлическая усадка, обусловленная действием капиллярных сил, возникающих в цементном камне при испарении воды из капилляров и удалении межкристаллической воды.

При удалении свободной, физически не связанной воды, находящейся в крупных порах и макрокапиллярах бетона (с радиусом, большим 0,1 мкм), усадочные деформации не возникают.

Влажностная усадка возникает после испарения свободной воды, когда из бетона начинает удаляться капиллярная и структурно связанная и адсорбированная вода. Удаление капиллярной воды, находящейся в мелких порах и микрокапиллярах с радиусом меньшим 0,1 мкм, вызывает капиллярную усадку, а удаление физически связанной воды из новообразований – адсорбционную усадку.

Влажностная усадка увеличивается при увеличении водосодержания бетонной смеси. Поэтому, чем меньше воды в составе бетонной смеси, тем меньше будет усадка. Снижение количества воды при сохранении подвижности бетонной смеси за счет применения суперпластификаторов – эффективный способ снижения усадки при высыхании.

Влажностная усадка при высыхании и карбонизационная усадка обычно протекают одновременно и продолжаются длительное время.

В зависимости от вида цемента, деформации влажностной усадки, связанной с высыханием в 5-10 раз больше, чем относительные деформации контракционной усадки цементного камня.

Влажностная усадка, возникающая по мере высыхания бетона, в наибольшей мере сказывается на поведении бетона в конструкциях.

Температурно-усадочные и осадочные швы

Всякий конструктивный элемент строения в процессе своей работы в конструкции несёт определённую силовую нагрузку. Причём она не всегда связана с сейсмическими колебаниями или весом здания как такового. Сама проблема строительной физики уже длительное время представляет собой неравномерное расширение разных материалов при нагревании и их же сужение при остывании.
К примеру: Коэффициенты температурного расширения металла и дерева отличаются в несколько раз. Этим обосновывается механическое разрушение деревянных балок, находящихся в холодном подкровельном пространстве, которые закреплены с помощью обычных шпилек и арматуры без терморазрыва. Для решения такой и некоторых иных задач в общестроительной практике применяется устройство деформационных швов. Ниже приведём полный список проблем, когда этот элемент «работает» и помогает сохранить конструктивную целостность всего здания:

сейсмическая активность земной коры;
осадка грунта, подъём грунтовых вод;
силовые деформации;
резкое изменение температуры окружающего воздуха.

В зависимости от характера решаемой задачи все деформационные швы подразделяются на температурные, усадочные, сейсмические и осадочные.

Способы защиты от усадочного трещинообразования

Для того, чтобы не допустить усадочные трещины в бетоне, необходимо снизить усадку цементного камня, исключить пересыхание поверхностного слоя бетона, а для случая с массивными конструкциями – замедлить твердение. Подробнее об этом можно прочитать в статье “Уход за бетоном после бетонирования“.

Уменьшить величину усадки можно, если правильно подобрать параметры бетонной смеси, прежде всего ее подвижность, в то же время снизив водоцементное отношение.

Чтобы обеспечить необходимую подвижность бетонной смеси, особенно это касается смеси марки П3 и выше по удобоукладываемости, бетоны должны изготавливаться с обязательным применением водоредуцирующих добавок – пластификаторов. Пластификаторы и суперпластификаторы – это тот механизм, который позволяет получать высокоподвижные бетонные смеси и убирают проблемы с трещинами в бетоне. Кроме пластификаторов очень важно подобрать рецептуру, соотношение компонентов, чтобы было достаточно растворной части.

При сравнении бетонной смеси подвижностью П4 с применением суперпластификатора и без него:

– величина усадки через 7 суток твердения без пластификатора составила 2 см на 1 метр, что составляет 2%.

– при добавлении суперпластификатора величина усадки через 7 суток твердения составила 0,2 см на 1 м, что составляет 0,2%.

Еще один способ, позволяющий избежать усадочные трещины – вовлечение в бетон 4,5 ±1,5% воздуха (применение воздухововлекающей добавки – например, аэропласта). Воздушный пузырек в структуре цементного камня является ловушкой для развивающейся трещины. Как только трещина входит в пузырек, она останавливается. Дозировка воздухововлекающих добавок для тяжелых бетонов – 0,03÷ 0,15% от веса цемента в пересчете на сухое вещество, воздухововлечение – от 2 до 6%.

Не допустить пересыхание поверхностного слоя бетона можно за счет ряда технологических мер. Для получения бетона хорошего качества необходимо создать летом влажную, а зимой теплую и влажную среду для его твердения. После укладки бетонной смеси в летнее время ее поверхность должна быть защищена от высыхания, а в первые часы твердения и от дождя.

Для этой цели горизонтальные поверхности по окончании бетонирования укрывают влагоемкими материалами: слоем песка толщиной не менее 5 см, соломенными матами, опилками, рогожей, которые все время увлажняют. Можно для этих целей использовать полиэтиленовую пленку, покрывая ею бетонную поверхность после очередного полива.

Вертикальные стенки фундамента в первые дни защищает от высыхания опалубка, но ее также нужно увлажнять. После снятия опалубки боковые стенки фундамента следует поливать также, как и горизонтальную поверхность.

Срок поливки бетона: при температуре наружного воздуха выше 15ºС – не менее 15 дней; при температуре от 10 до 15ºС – не менее 10 дней. При более низкой температуре сроки поливки бетона устанавливаются на месте производства работ.

Самым простым является метод обработки конструкции пленкообразующим составом.

Для замедления процесса гидратации используются специальные добавки-замедлители. Без замедлителя процесс твердения идет более интенсивно, соответственно, более интенсивно идут усадочные процессы. Что в свою очередь ведет к повышенному трещинообразованию.

Усадка бетона – явление, которое возникает при твердении бетонной смеси и заключается в уменьшении объема элемента или конструкции. Оно происходит из-за потери материалом влаги, уплотнения, протекания различных химических реакций и физических процессов. Чаще всего коэффициент усадки бетона небольшой, но пренебрегать эти фактором не рекомендуется, поскольку в будущем это может сказаться на эксплуатационных характеристиках здания, в том числе на его долговечности.

Виды усадки бетона и причины их возникновения

По времени появления и развития различают следующие виды усадочных процессов:

Ранний (капиллярный, пластический). Этот вид усадки протекает в течение 2-8 часов после заливки и уплотнения бетона. Происходит из-за потери бетонной смесью воды под воздействием яркого солнца, ветра, высоких температур окружающей среды. Вода из бетонной смеси может вытекать через неплотно соединенные элементы опалубки. Величина ранней усадки – 0-4 мм/метр. Для снижения усадки бетона после вибрирования бетонную поверхность во время высыхания увлажняют. Особенно часто это делают в первые часы после заливки. Уменьшить раннюю усадку позволяет корректный монтаж опалубки.
Аутогенный. Его начало совпадает с началом схватывания. Процесс возникает в «молодом» бетоне и может длиться от нескольких дней до нескольких недель, пока материал затвердевает и набирает марочную прочность. Происходит в результате гидратации цемента в смесях с водоцементным соотношением ниже 0,45. Величина усадки небольшая – 0-1 мм/м.
При высыхании. Начинается в момент прекращения ухода за бетонной конструкцией, может длиться от нескольких недель до нескольких лет. Причиной протекания процесса является низкая относительная влажность окружающего воздуха. В зависимости от ее значения усадка бетона при высыхании составляет – 0-5 мм/м. В современном строительстве проблема возникновения и протекания этого процесса решается введением минеральных добавок и грамотным армированием.

Уменьшение линейных размеров конструкции может продолжаться до полутора лет. Но наиболее интенсивно этот процесс проходит в первые 3-4 месяца, а затем значительно замедляется.

Определение коэффициента усадки бетона

Коэффициент усадки бетона – относительная величина, измеряемая в процентах в соответствии с ГОСТом 24544-81, СНиПами, среднее значение – 1,5%, максимально допустимое – 3%. Усадочный коэффициент определяется изменением объема (или линейного размера) относительно исходной величины.

Способы снижения усадки

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.

Читайте также: