Объемные изменения в бетоне

Усадка.
Под усадкой понимают способность бетона сокращаться в объеме при твердении на воздухе. Бетоны, приготовленные на специальном цементе (расширяющемся или безусадочном), не имеют усадки. Различают усадку автогенную, вызываемую физико-химическими процессами при твердении бетона, и влажностную, обусловленную изменением содержания в нем воды. Автогенная усадка не имеет большого практического значения, потому что происходит в начальной стадии твердения, когда модуль деформации еще мал. Влажностная усадка в 10…20 раз больше автогенной усадки и имеет большое значение, потому что вызывает на поверхности бетона усадочные трещины, снижающие его прочность. Высыхание бетона начинается с испарения влаги из более крупных пор, однако это не вызывает усадки. После того как относительное по массе количество воды в порах достигнет критического значения (0, 013…0, 0135), дальнейшее понижение влагосодержания сопровождается сокращением объема, которое приблизительно пропорционально потере влаги ниже критического значения.

Образование усадочных трещин обусловливается тем, что объем наружных слоев элемента интенсивно уменьшается, в то время как внутренний слой не успевает сократиться в объеме. Это вызывает в еще неокрепшем наружном слое собственные растягивающие напряжения, вследствие чего на поверхности бетона могут появиться многочисленные усадочные трещины. Усадочные трещины в первую очередь появляются в наиболее слабых местах конструкции — у резких переходов сечений, у ребер, в местах быстрого высыхания.

Замечено, что бетонные массивы высыхают медленно и неравномерно от периферии к ядру. Это явление вызывает неравномерность усадки, общая величина которой оказывается значительно меньшей, чем в элементах малого объема из того же бетона. По мере высыхания внутреннего ядра усадочные трещины закрываются и часто становятся невидимыми. При этом возможно срастание трещин и частичное самовосстановление структуры бетона. Поэтому собственные напряжения от усадки бетона непосредственно не учитывают при расчете железобетонных конструкций малых поперечных сечений. Отрицательное влияние усадочных напряжений учитывают косвенно коэффициентом однородности бетона, конструктивной арматурой и устройством усадочных швов.

Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов:
1) с увеличением цемента на единицу объема бетона, возрастает усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые цементы дают большую усадку;
2) с увеличением В/Ц увеличивается усадка;
3) чем меньше зернистость песка и больше пористость щебня, тем больше усадка;
4) чем влажнее условия твердения, тем меньше усадка. С уменьшением влажности воздуха с 90 до 25% усадка увеличивается примерно в 6…7 раз;
5) бетоны на щебне дают меньшую усадку, чем бетоны на гравии. При этом повышение содержания крупных заполнителей снижает размер усадки бетона. Усадка бетона примерно обратно пропорциональна модулю упругости крупных заполнителей.

Величина средней годичной линейной усадки тяжелого бетона esh % 0,0002… 0,0004, а легкого бетона esh% = 0,00045. Наибольшая часть ее проявляется в начальный период твердения и в течение первого года. Это обусловливается уменьшением влажностного градиента по мере высыхания бетона и ростом кристаллических сростков, оказывающих все большее сопротивление остающимся усадочным напряжениям.

Количество стальной арматуры и ее распределение по сечению элемента влияют на проявление усадки бетона. Опыты показывают, что даже небольшое продольное армирование бетонных образцов снижает деформации усадки более чем на 2 раза по сравнению с неармированными образцами. Это объясняется тем, что арматура, обладающая значительно большим модулем упругости, в результате сцепления с бетоном вовлекается в его совместную работу и тем препятствует свободным усадочным деформациям бетона. Вследствие этого в бетоне возникают начальные растягивающие напряжения, а в арматуре — сжимающие. Растягивающее усилие в бетоне равно сжимающему усилию в арматуре, так как процесс усадки происходит самоуравновешенью без внешней нагрузки. Растягивающие напряжения в бетоне распределяются по сечению неравномерно. Наибольшие напряжения возникают в зоне контакта с арматурой. При расстояниях между арматурными стержнями более 400 мм эта неравномерность оказывается значительной и приводит к образованию усадочных трещин. Поэтому при конструировании железобетонных элементов устанавливают специальную противоусадочную арматуру, чтобы расстояние между любыми стержнями не превышало 400 мм.

В изгибаемых элементах с одиночной арматурой, во внецентренно сжатых и растянутых элементах с большими эксцентриситетами влияние усадки будет сводиться к созданию момента внутренних сил, вызывающего растяжение бетона со стороны армированной грани сечения и сжатия на противоположной грани. Растягивающие напряжения в бетоне от его усадки будут при этом суммироваться с растягивающими напряжениями от воздействия внешних нагрузок и способствовать более раннему появлению трещин в бетоне. С появлением трещин влияние усадки уменьшается, а в стадии разрушения вовсе исчезает. В статически неопределимых конструкциях (арках, рамах и т. д.) усадка бетона может вызвать дополнительные внутренние усилия, с которыми в особых случаях необходимо считаться. Их определяют методами строительной механики, как в упругих системах, принимая коэффициент линейного укорочения от усадки железобетона: для тяжелого железобетона esh = 0,00015; для легкого железобетона esh = 0,0002.

Набухание.
Под набуханием понимают способность бетона увеличиваться в объеме при сильном увлажнении(помещении в воду). Процесс набухания бетона в воде намного быстрее усадки, потому что капиллярный подсос воды идет значительно быстрее, чем диффузия влаги при высыхании бетона. Опыты показывают, что значение линейного набухания в 4…6 раз меньше линейной усадки и составляет не более 0,05…0,11 мм в год. При набухании проникновение воды начинается с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как внутренний не успевает увеличиться. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения, которые не учитывают при расчете железобетонных конструкций. Продольное армирование бетонных образцов влияет на деформации набухания не менее значительно, чем на аналогичные деформации усадки, — снижает их более чем в 2 раза по сравнению с неармировапными образцами. При этом в бетоне армированных элементов возникают начальные сжимающие напряжения, а в арматуре — растягивающие. Начальные напряжения в бетоне и арматуре железобетонных элементов от набухания бетона значительно ниже, чем от усадки бетона, так как свободные деформации набухания бетона меньше деформаций его усадки.

Температурные деформации.
Бетон с увеличением температуры расширяется, а с ее понижением сжимается. Коэффициентом линейной температурной деформации называют относительное удлинение (укорочение) бетонного образца при нагреве (охлаждении) на 1 °С (в пределах изменения температуры от —40 до +50°С).
По нормам этот коэффициент равен 0,00001 для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетона при мелком плотном заполнителе; 0,000007 — для легкого бетона при мелком пористом заполнителе; 0,000008 град-1 —для ячеистого и поризованного бетонов. При температуре ниже — 20 °С коэффициент может достигать соответственно 0, 000018 и 0, 000015 град-1.

При понижении температуры бетона в процессе его твердения температурные напряжения суммируются с усадочными растягивающими напряжениями, вследствие чего увеличивается опасность появления трещин в еще неокрепшем бетоне. Температурно-усадочные напряжения отрицательно влияют на прочностные характеристики бетонов. Стесненные температурные деформации, накапливаясь по мере увеличения размеров конструкций, могут создавать недопустимые напряжения и вызвать обрушение. Поэтому нормы ограничивают размеры деформационного блока железобетонных сооружений. Такие изменения важно учитывать, когда вы начинаете устанавливать межкомнатные двери - их правильное положение и исключение перекоса зависит от мастерства установщиков и наличия деформаций. Для конструкций одноэтажных зданий, колонны которых являются достаточно гибкими и слабее стесняют температурные деформации, нормы рекомендуют увеличивать предельные расстояния между деформационными швами на 20%, а для конструкций, возводимых в районах с минимальной среднемесячной температурой ниже — 20 °С, — уменьшать на 25 %. В общем случае расстояние между температурно-усадочными швами определяют расчетом блоков на температурно-влажностные воздействия. Усилия, возникающие от изменения температуры элементов, определяют с учетом перераспределения усилий за счет неупругих деформаций и наличия трещин. Температурные удлинения находят в зависимости от времени монтажа конструкций.

Мой блог находят по следующим фразам
услуги по монолитное строительство москва
что такое метод горячий термос и чем отличается
чем отличается "горячий термос" от "метода термоса"
шов расширения
Напорное бетонирование применение
монолитно бетонные работы в москве и московской области