Усадка бетона при твердении

Обновлено: 03.05.2024

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.

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 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.

Заливка бетона в холодное и жаркое время года требует особых навыков и знаний, т.к. работы с цементной смесью осложняются, а период ее высыхания резко уменьшается или возрастает. Изменение скорости твердения бетона в зависимости от температуры обусловлено замедлением процессов гидратации и удержанием большого количества жидкости в толще материала.

Для ускорения застывания и предупреждения дефектов используются специальные строительные приемы, полимерные и противоморозные добавки.

Стадии набора прочности бетонной конструкцией

Схватывание и твердение растворов на основе цемента обусловлено его химическим взаимодействием с водой. Силикаты, алюминаты и алюмоферриты, которые входят в состав портландцемента, обеспечивают повышение прочности на различных стадиях отверждения.

Скорость химических реакций зависит от наличия катализаторов (специальных добавок) и температуры.

Стадия схватывания

В состав цементного порошка входит трехкальциевый алюминат (3СаО*Al2O3), трехкальциевый силикат (алит, 3СаО*SiO2), двухкальциевый силикат (белит, 2CaO*SiO2) и алюмоферрит. Алит, который занимает большую часть массы портландцемента, участвует в обеих стадиях отверждения. При затворении водой и в начале стадии схватывания он выделяет тепло, которое увеличивает скорость реакции.

Однако более активным компонентом цемента на этапе схватывания является трехкальциевый алюминат. В течение 24 часов после смешивания он интенсивно реагирует с водой, формируя первичные связи в бетоне. После окончания схватывания алюминат полностью утрачивает влияние на прочность цемента.

Стадия схватывания проходит в первые часы после заливки опалубки. Скорость начала реакции и длительность процесса зависят от состава смеси и температуры воздуха. При нормальных температурах (+18…+22°С) бетон схватывается через 2,5-3 часа. Из них 1,5-2 часа проходит до начала реакции, а 1 час уходит непосредственно на схватывание.

При снижении температуры начало реакции может отодвинуться на 4-8 часов, а ее продолжительность — увеличиться до 15-20 часов.

В горячей среде схватывание происходит активнее и начинается более быстро. Весь процесс может занять менее 1-2 часов, из которых реакция — 15-20 минут.

Стадия твердения

Стадия формирования бетонного камня начинается по завершении схватывания. Твердение материала происходит за счет удаления свободной воды. Часть жидкости испаряется во внешнюю среду, а другая — связывается с молекулами силикатов и алюминатов, образуя стойкие комплексы. Чтобы не нарушить баланса между связываемой и испаряющейся водой, нужно обеспечить оптимальную влажность и температуру среды.

Основным реагентом на стадии твердения является алит. Белит обеспечивает постепенное упрочнение материала в процессе эксплуатации: за счет его свойств прочность материала через 2-3 года может составлять до 250% прочности после твердения.

Стандартный срок затвердевания бетона

Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси

Повышение прочности бетона на сжатие коррелирует с увеличением вязкости смеси. Это означает, что с увеличением марки материала время схватывания и твердения сокращается.

Продолжительность реакций для бетона разных марок

Марка материала	Время схватывания, часов	Время твердения, суток
М100	3-3,5	До 30
М200	2-2,5	14-25
М300	1,5-2	7-14
М400	1-2	4-7
М500		2-4

Продолжительность набора прочности зависит от состава смеси, влажности, температуры внешней среды и материала.

Марка и назначение раствора определяют и критическую прочность бетонного камня. Это значение, по достижении которого конструкция продолжит твердеть после замерзания без потери эксплуатационных свойств. Данный показатель зависит от марки следующим образом:

• для бетона М100 и М150 он соответствует 50%;
• для М200, М250, М300 и М350 — 40%;
• для М400, М450 и М500 — 30%;
• для нагруженных конструкций (вне зависимости от марки) — 70%.

Если в момент замерзания образец имеет соответствующий уровень прочности на сжатие, то температурные перепады незначительно повлияют на его прочность. При замерзании на ранних стадиях твердения без применения противоморозных добавок прочность готовой конструкции падает не менее чем на 50%. Например, для марки М200 критической точкой прочности является 80 кгс/см² или 8 МПа.

Наиболее часто для фундаментов и нагруженных конструкций используются марки бетона от М300. Снятие опалубки со стандартных конструкций допускается через 4-5 дней при наличии щелей между щитами формы и бетоном. Для перекрытий и лестниц длиной не более 6 м время выдержки продлевается до 14 дней, для длинных лестниц — до 28 дней. Мосты, дамбы и другие ответственные и тяжело нагруженные конструкции выдерживаются в форме до 90 дней.

Специальные добавки

Стремительное или слишком медленное схватывание и твердение смеси снижает прочность бетона. Медленное застывание дополнительно увеличивает расходы на уход за конструкцией. Для коррекции скорости отверждения применяются добавки, которые регулируют кинетику процесса.

Существует два типа добавок, регулирующих процесс твердения раствора:

1. Ускоряющие. Реагенты этого типа сокращают время до начала схватывания на 30-40%, ускоряют затвердевание и улучшают прочностные свойства материала. Они добавляются в смесь при промышленной штамповке бетонных изделий, заливке фундаментов, перекрытий и иных строительных конструкций при пониженных температурах. Наиболее дешевые ускоряющие добавки — это хлористый кальций и поташ (углекислый калий). В перечень востребованных строительных составов для ускорения отверждения входят: Релаксор, Аддимент В3, Форт-УП2, Поззолит-100, Конкрит-Ф и др.
2. Замедляющие. Пластификаторы и замедлители схватывания положительно влияют на удобоукладываемость и подвижность раствора. Они применяются при доставке бетона в передвижных смесителях, задержках в строительстве и заливке конструкций при температуре выше +25…+30°С. Пластифицирующие свойства замедлителей позволяют отказаться от виброуплотнения при укладке бетона с малой подвижностью. Наиболее распространенными замедляющими добавками являются НТФ-кислота, цитрат и глюконат натрия, Линамикс, SikaPlast 520 N, Frem Linas 200 и др.

При заливке в условиях низких температур используются противоморозные реагенты. Они понижают температуру замерзания воды, препятствуя ее фазовым переходам при 0…+4°С.

В зависимости от вида и концентрации добавок они позволяют работать с бетонным раствором при температуре до -15…-25°С. К морозоустойчивым реагентам относятся нитрит натрия, нитрат-нитрит кальция, карбамид и др.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры

Температура окружающей среды определяет скорость реакций, которые формируют бетонный камень. Повышенная температура воздуха смещает баланс в сторону испарения жидкости, а пониженная — тормозит процессы гидратации в растворе.

При высоких температурах

В сухом и горячем воздухе испарение воды происходит быстрее, а оставшейся жидкости может не хватить для полноценной гидратации. В результате снижается надежность конструкции, а ее прочность на сжатие в верхних и центральных слоях существенно различается.

Для профилактики неравномерности и быстрого высыхания в бетон добавляются замедляющие добавки, а готовая конструкция смачивается в процессе застывания.

Высокая температура и влажность применяются при производстве стандартных бетонных изделий в автоклавах. Такие условия обеспечивают быстрое схватывание и максимальное твердение конструкций.

В прохладное время

При низких температурах раствор долго схватывается, а затем в течение длительного времени остается хрупким по сравнению с марочной прочностью. Химические реакции происходят до температуры фазовых превращений воды.

При отрицательной температуре

Когда температура среды опускается ниже 0°С, вода замерзает, а гидратация в растворе — прекращается. При прогреве воздуха процесс отверждения возобновляется, но прочность конструкции после перерыва может снизиться.

Набор прочности бетона при различных температурах

В таблице рассмотрен набор прочности материала марок М200 и М300.

Снижение вязкости раствора

Во время схватывания бетонный раствор сохраняет свою пластичность. При движении в стационарной или подвижной бетономешалке смесь проявляет свойство тиксотропии — уменьшения вязкости состава при постоянной динамической нагрузке.

Слишком длительное перемешивание приводит к «перевариванию» бетона и снижению конструктивной прочности готовой конструкции. Чтобы сохранить подвижность раствора и избежать негативных эффектов, в смесь добавляются пластификаторы. Они удлиняют периоды схватывания и застывания.

Снизить вязкость смеси на стадии затвердевания нельзя. Механическое воздействие на застывающий бетонный камень приводит к формированию дефектов и растрескиванию конструкции. До достижения минимально допустимого уровня прочности застывающий бетон следует предохранять от ударов, вибрации и др.

Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала

Низкая температура ингредиентов отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики бетонного камня. Если для смешивания используется холодная вода и наполнитель, то последующий уход за конструкцией не сможет обеспечить марочную прочность.

При температуре менее 10°С рекомендуется подогревать воду, которая применяется для изготовления. Если показатель термометра соответствует -5…0°С или ниже, то необходимо подогревать и мелкий наполнитель (речной песок).

Для сокращения времени схватывания и расходов на подогрев бетона в опалубке компоненты разогреваются до предельно допустимого уровня. Максимальное значение определяется составом и маркой портландцемента. При нагреве выше этой температуры готовая смесь будет реагировать менее интенсивно, что скажется на прочности конструкции.

Предельная температура компонентов бетонного раствора

Вид цемента	Максимальная температура воды для затворения, °С	Предельная температура наполнителя, °С	Максимальная температура бетонного раствора после вымешивания, °С
Глиноземистый	40	20	25
Портландцемент марки М400 и выше

Рекомендации по ускорению процесса

Соблюсти необходимые условия для заливки не всегда возможно: в жаркую и холодную погоду температура отклоняется от оптимальной не менее чем на 15-20°С, а влажность может составлять ниже 60%.

Чтобы избежать пагубного влияния низкой влажности, высоких и низких температур, бетонщики прибегают к специальным методам ухода. К ним относится обработка горячим влажным паром, применение теплых опалубок, закладка электродов и греющих проводов в тело бетонного изделия и др.

При заливке фундамента строители прибегают к мерам защиты бетона на этапе смешивания, но редко дополнительно подогревают готовую конструкцию. Это обусловлено тем, что основа здания должна пройти этапы усадки и стабилизации грунта. В этом случае возникшие дефекты не скажутся на прочности дома, а будут устранены с помощью дополнительного слоя бетона.

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:

  
• Как повесить шторы на косой потолок
  
• Температура эксплуатации венецианской штукатурки
  
• Пол в гостиной из керамогранита под мрамор
  
• На какой высоте установить глазок на деревянную дверь
  
• Стяжка пола в кобрине