Деформативные свойства бетона

В процессе изготовления изделий из бетона, в ходе их эксплуатации бетон претерпевает объемные изменения, величина которых зависит от структуры бетона, свойств его составляющих, особенностей технологии и др. Деформации, происходящие при подобных объемных изменениях, учитывают при проектировании конструкций, поскольку они оказывают большое влияние на качество и долговечность бетонных и железобетонных сооружений.

Условно деформации бетона можно разделить:

— на собственные деформации бетонной смеси (первоначальная усадка) и бетона (усадка и набухание);

— деформации под действием механических нагрузок (кратковременные и длительные);

— температурные деформации.

Рисунок 2.3— Зависимость первоначальной усадки от времени, прошедшего с момента укладки бетона литой(1) и подвижной смеси(2)

После укладки бетонной смеси в опалубку и уплотнения в ней может происходить седиментационное осаждение твердых частиц и постепенное дополнительное уплотнение. Наиболее заметно оно в пластичных и литых смесях и сопровождается, иногда заметным даже на глаз, водоотделением смеси.

Деформации интенсивно развиваются в первый момент после укладки и уплотнения бетонной смеси и постепенно затухают уже через 30–90 минут (рисунок 2.3).

Водоотделение литых смесей достигает максимума через 10–20 минут, а затем начинается постепенное всасывание воды вглубь бетона вследствие интенсивного протекания процесса контракции цементного теста.

Первоначальная усадка уменьшается со снижением водосодержания бетонной смеси и уменьшения расхода цементного теста, при применении тонкомолотых добавок, хорошо удерживающих воду (трепел, диатомит, метиллцеллюлоза), при высоком содержании крупного заполнителя, формующего жесткий скелет в смеси. Однако внутри такого скелета смеси с большим расходом воды в ходе седиментационного процесса увеличивается доля скрытой усадки, протекающей в отдельных микрообъемах и вызывающей расслоение и ухудшение качеств бетонной смеси.

При прессовании бетонных смесей в них проявляется упругое последействие. Вследствие этого материал несколько расширяется. Большое влияние на величину сжимаемости оказывает вовлеченный воздух: чем его больше, тем больше сжимаемость.

На величину первоначальной усадки могут оказать влияние форма, арматурный каркас и производственные факторы. Густое армирование и узкая форма будут препятствовать появлению первоначальной усадки.

Все эти факторы необходимо учитывать при формовании изделий, так как они влияют на окончательные размеры изделия и качество его поверхности.

Процесс твердения бетона в атмосферных условиях сопровождается уменьшением его объема — усадкой. При твердении бетона в воде или во влажных условиях возможно даже незначительное его расширение.

Усадка вызывается физико-химическими процессами, происходящими в бетоне при твердении и изменении его влажности. Она складывается из влажностной, контракционной и карбонизационной деформаций, названных так по виду определяющих факторов.

Влажностная усадка вызывается испарением влаги из образовавшегося скелета цементного камня. Эта составляющая играет ведущую роль в суммарной усадке бетона. Контракционная усадка вызывается тем, что объем новообразований цементного камня меньше объема, занимаемого веществами, вступающими в реакцию. Эта усадка развивается в период интенсивного протекания химических реакций между цементом и водой и, сохраняя внешне размеры образца, изменяет поровую структуру материала. Обычно она развивается в период затвердевания бетона, когда он еще достаточно пластичен и поэтому не сопровождается растрескиванием. Карбонизационная усадка вызывается карбонизацией гидрооксида кальция и развивается постепенно с поверхности бетона в глубину.

Влажностная и карбонизационная усадки происходят в уже затвердевшем бетоне и могут привести к возникновению трещин в бетоне, что резко сокращает долговечность конструкций.

Величина усадки бетона зависит от его состава и свойств использованных материалов. Она увеличивается при повышении содержания цемента и воды, применении высокоалюминатных цементов, мелкозернистых и пористых заполнителей.

Быстрое высыхание бетона приводит к значительной и неравномерной усадке (более высокой в поверхностных слоях) и может вызвать появление усадочных трещин. Поскольку самым важным компонентом деформации являются влажностные деформации, протекающие при испарении влаги из микрокапилляров, наиболее интенсивно она развивается при влажности окружающей среды W>60 % и через полгода стабилизируется.