что делать с усадочными трещинами в бетоне
Усадочные трещины в бетоне
Бетонный камень, является искусственным строительно-конструкционным материалом, обладающим рядом преимуществ и недостатков. Одним из основных недостатков являются усадочные трещины в бетоне – следствие несоблюдения дозирования состава компонентов при приготовлении бетона, неправильный состав, либо несоблюдение правил ухода за бетонным изделием.
Усадочные трещины: допустимые значения
Трещины в бетоне являются концентраторами напряжений и причиной разрушающих факторов. Попадание и замерзание воды в зимнее время, приводит к дальнейшему расширению дефекта, отслаиванию кусочков прилегающего материала, обнажению арматуры и частичному разрушению конструкции.
Поэтому данный фактор регламентирован требованиями действующих нормативных документов, в частности требованиями СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
Допускаемые значения усадочных трещин в бетоне СНиП 52-01-2003:
Не допускаются дефекты бетона в следующих случаях:
Причины усадочных трещин в конструкции
Существует три основных причины возникновения усадочных трещин. Все они связаны с нарушением технологии приготовления бетона и технологии строительства.
Любые наружные трещины, даже допустимые необходимо заделывать и зачеканивать. Попадание влаги и последующее ее замерзание в зимнее время ведет к постепенному расширению трещины, что в свою очередь ведет к постепенному разрушению всей конструкции.
Ремонт усадочных трещин
Для эффективной заделки усадочных трещин в бетоне используются различные ремонтные составы на основе эпоксидной смолы и мелкодисперсного песка. Этапы технологии:
Популярные материалы для ремонта усадочных дефектов: ЭД-16, ЭД-20, Epoxy 520, UZIN KR 416, UZIN KR 416 и Spolchemie.
При невозможности или экономической нецелесообразности ухода за бетоном в соответствии с требованиями СНиП 3.03.01-87, в бетон добавляют противоусадочные присадки предотвращающие появление усадочных трещин. Популярные противоусадочные составы: KEMA NONSHRINK, Реолен АУ 460 и Реолен АУ 461, ТМ «Праймео» ЕС-26, Denka CSA20 и другие.
При этом использование противоусадочных добавок в малоэтажном частном строительстве (заливке фундамента, возведение бетонных стен, обустройстве отмосток, дорожек, перекрытий погребов и т.п.) ведет к существенному удорожанию строительства. К примеру, использование состава KEMA NONSHRINK ведет к удорожанию 1 м3 бетонного раствора в среднем на 1 980 рублей. Поэтому при строительстве частного или дачного дома имеет смысл четко пропорции компонентов при приготовлении бетона и обеспечить правильный уход за залитой конструкцией.
Виды трещин в бетоне и их заделка
Существуют различные виды разрушений бетонного покрытия. Одним из них являются трещины в бетоне. Они образуются при его быстром твердении из-за сжатия смеси, от излишней механической нагрузки или воздействия негативных факторов. Технология устранения трещин зависит от причины появления, их размера.
Причины появления
Выделим основные причины, почему трескается бетон при высыхании:
Чтобы исключить возникновение трещин на поверхности бетона после заливки, следует выполнять следующие меры:
Чтобы оградить свежеуложенный бетон от неприятных воздействий, его укрывают брезентом или пленкой. Это защитит смесь от солнечного нагрева, обеспечит укрытие от дождя и снега. Важно следить за состоянием опалубки, исключить вытекание не отвердевшего раствора. При температуре воздуха выше 5 ° С необходимо поливать бетонную поверхность каждые 8 часов. Применять глубинные вибраторы при укладке толстого бетонного слоя.
Классификация
Рассмотрим классификацию трещин, образующихся в бетоне после заливки:
Последние являются самыми опасными, появляются, как результат неравномерной нагрузки на конструкции и могут быть причиной разрушения всего здания.
Наиболее подвержен разрушению бетон конструкций, находящихся на улице. Кроме механических нагрузок их образование обуславливают химические вещества в окружающей среде, негативное воздействие климата.
Допуски
Ширина раскрытия трещин в бетоне — важный фактор для определения технического состояния и несущей способности сооружения. СНиП 52-01-2003 указывает допуски на ширину трещин. Приведем их значения для различных условий:
Материалы для заделки трещин
Заделать потрескавшийся бетонный пол можно смесью цемента и песка с добавкой бутадиен-стирольного латекса. Мелкие волосяные растрескивания в бетоне замазывают цементным раствором. Для устранения широких и глубоких образований в конструкциях используют эпоксидные смолы или герметики, применяют саморасширяющуюся ленту и шнур.
Трещины армируют обрезками проволоки. Для конструкций из бетона, которые подвергаются воздействию влаги, подходящим будет жидкое стекло. В этом старинном методе ремонта оно заменяет эпоксидную смолу.
Применяют специальные составы для ремонта. Ремонтная смесь для бетона включает цементно-песчаный раствор, полимерные добавки из спирта и сульфанола. Их можно заменить клеем ПВА. Подойдут готовые ремонтные составы – Репер, Люгато, Минутен Мортель, клей Константа Гранито.
Способы
Это зависит от ее размеров, происхождения и расположения, от назначения конструкции, места образования.
Ремонт пола и стен
Прежде всего, трещину следует подготовить. Щеткой очищают пыль и грязь, промывают водой. Поверхность должна высохнуть перед нанесением раствора. Его наносят шпателем, затем удаляют излишки, выравнивая шов на одном уровне с поверхностью пола. Глубокие трещины заполняют эпоксидной смолой или укладывают в них расширяющийся герметик.
Если в полу образовалась большая дыра, и видна арматура, придется производить более сложные действия. После удаления осколков бетона и пыли нужно обработать металлические элементы антикоррозийным составом. Для увеличения прочности покрытия в отверстие укладывают куски проволоки.
Всю поверхность дыры покрывают грунтовкой. Не дожидаясь высыхания, заливают цементную ремонтную смесь. При необходимости толстого слоя выполняют в 2-3 приема, смачивая каждый слой водой. При уплотнении выполняют вибрирующие движения для заполнения полостей.
Заделанную поверхность выравнивают шпателем или гладилкой, придавая ей ровный гладкий вид. В дальнейшем покрытие можно отшлифовать и покрыть отделочным составом, чтобы скрыть дефект.
Ремонт стен производят инъекционным методом. При этом связующий раствор подается в образовавшуюся полость при помощи шприца. Нагнетаемая под давлением смесь плотно заполняет трещину и образует надежное ее скрепление.
Использование герметика и саморасширяющейся ленты или шнура
Наибольшая популярность присуща герметику ЭЛАСТОСИЛ, российского производства, французский Рабберфлекс и лента ПЛУГ, так же отечественного производителя.
Заделка трещин в наружных бетонных покрытиях
Заделка трещин в бетоне, уложенном под открытым воздухом, требует особой тщательности и применения прочных материалов. Здесь используют различные смолы, отвердители.
Подготовительные работы включают расшивку швов, нарезку поперечных прорезов длиной 100-150 мм, прорезанных через 400 мм. Далее производим следующее: сметаем обрезки бетона, удаляем пылесосом пыль. Поверхность покрываем грунтовкой. Можно использовать грунт бетоноконтакт для наружных работ. Нарезанные канавки фиксируем скобами.
Для ремонта используем эпоксидные смолы. Заделываем трещину и канавки со скобами смолой, быстро выравниваем. Смола твердеет в течение 10 минут. Отремонтированную поверхность присыпаем песком, который удаляем пылесосом перед дальнейшей отделкой.
Лучшими считают отечественные смолы марки ЭД-16, ЭД-20, немецкая UZIN KR 416, чешский состав EPOXY 520, итальянская SIKA.
Один из способов ремонта бетонного покрытия — торкретирование. Метод предполагает нанесение слоя строительного материала под давлением на всю поверхность. При обработке бетонных стен ремонтная смесь имеет в качестве основного компонента цемент. Для повышения прочности и лучшей адгезии в нее добавляют битум, синтетические смолы, латекс.
Этот метод невозможно применять в домашнем ремонте, так как он требует специального оборудования. Торкретирование хорошо зарекомендовало себя при ремонтно-восстановительных работах, реконструкции различных сооружений и их усилении.
Строительные конструкции требуют внимания при возведении и эксплуатации. Чтобы предотвратить образование трещин, соблюдают правила укладки бетонной смеси, не нарушать пропорции входящих компонентов, не подвергать незастывший бетон механическим воздействиям.
Своевременный осмотр конструкций позволит определить момент начала разрушения и предотвратить его на ранней стадии.
Трещины в бетоне как устранить + причины появления
Главная страница » Трещины в бетоне как устранить + причины появления
Формируемые на поверхности земли бетонные плиты имеют свойство растрескиваться, когда растягивающие напряжения от сдерживаемой усадки превышают прочность материала. Появляющиеся на раннем этапе трещины в бетоне, как правило, отмечаются уже спустя несколько дней после заливки плиты. Дефект вызван некоторыми изменениями объёма смеси, связанными с усадкой в сухом состоянии и с термической усадкой. Пропил расширительных усадочных швов в теле бетонной плиты является распространённой методикой избавления от трещин, что и будет рассмотрено ниже.
Трещины в бетоне – усадка структуры и ограничения
Непосредственно усадочные швы, сделанные пилой, не предотвращают трещин в бетоне, но позволяют контролировать место появления трещин. Соответственно, чтобы обеспечить образование трещин в усадочных швах, сделать пропилы необходимо до того момента, как усадочные напряжения превысят предел прочности структуры.
Причём пропилы должны иметь надлежащую глубину и расстояние. Иначе существует риск образования трещины в бетоне вне сделанной канавки. Стройматериал сжимается и расширяется в зависимости от влажности и перепадов температуры. По причине потери влаги, бетонная плита длиной 30 метров, уложенная на земле, способна показать усадку на 1,2 – 2,5 см в течение нескольких месяцев после заливки.
Если на залитую бетонную плиту дополнительно воздействует перепад температуры в 10°C, не исключена усадка ещё на 0,5 – 1,3 см от теплового сжатия. Как результат, общая усадка бетонной плиты составит 1,75 – 3,8 см. Конечно, полная усадка не происходит в течение первых двух дней после заливки.
Тем не менее, имеет место достаточная усадка, способствующая образованию трещин в бетоне на ранней стадии схватывания. Эти трещины в бетоне продолжат увеличиваться в ширину по мере высыхания структурной заливки.
Пример трещины в бетоне, которая может оборачиваться серьёзными последствиями для строительного объекта в целом, что заставляет внимательно отнестись к проблеме
Для гипотетически представляемой заливки, способной свободно сжиматься, растягивающие напряжения и трещины в бетоне по факту отсутствуют (не проявляются). Однако напряжения растрескивания и последующие за этим трещины в бетоне отмечаются, когда усадка структуры сдерживается основанием или другими элементами конструкции.
Количество и ширина трещин в бетоне зависит от величины растягивающих напряжений, создаваемых усадкой структуры и ограничениями. Следовательно, возможность растрескивания бетонных плит допустимо значительно снизить за счёт минимизации усадки и препятствий или элементов, ограничивающих усадку бетонной структуры.
Способы снижения сухой усадки бетонной структуры
Чтобы уменьшить сухую усадку бетона, рекомендуется использовать воду в количестве, достаточном для обеспечения необходимой удобной укладки при создании, укреплении и отделке стройматериала.
По мере увеличения содержания воды в свежем замешенном растворе, увеличивается вероятность усадки бетона в сухом состоянии. Кроме того, рекомендуется минимизировать добавление воды на стройплощадке при корректировке оседания, потому что дополнительная вода увеличивает сухую усадку структуры.
Риски получить трещины в бетоне значительно снижаются за счёт уменьшения количества и жёсткости ограничений. Главным препятствием, предотвращающим усадку (укорочение плиты), является основание. Поэтому всегда следует укладывать раствор на плоские твёрдые основания, где отсутствуют выбоины и ямы.
Схема организации корректной заливки: 1 — структура плиты; 2, 3 — приложенные нагрузки; 4 — минимальная несущая способность (50 кПа); 5 — передача нагрузки от плиты к основанию; 6 — основание
При необходимости рекомендуется использовать тонкий слой мелкодисперсного материала, чтобы заполнить пустоты на поверхности шероховатых оснований. Тогда нижняя часть бетонных плит будет свободно «скользить» (перемещаться) относительно основания.
Другие ограничения бетонных плит могут быть устранены путём изоляции:
путём вставки предварительно отформованных заполнителей стыков между бетонными плитами и соседними элементами. Не следует соединять бетонные плиты с другими элементами посредством стальной арматуры или стяжки.
Трещины в бетоне — факторы прочности и усадочных напряжений
По мере затвердевания смеси структура приобретает значительную прочность на сжатие, но имеет относительно невысокую прочность на разрыв. Прочность на растяжение составляет примерно одну десятую от степени прочности на сжатие. Кроме всего прочего, бетон – это достаточно хрупкий материал, которому присущ фактор образования трещин при растяжении.
Когда усадочные напряжения, имеющие место по причине сухой усадки и термического сжатия превышают предел прочности стройматериала на разрыв, появление трещин в бетоне неизбежно. Для времени, когда имеет место такое состояние, усадочные швы уже должны быть сделаны, чтобы контролировать расположение трещин в бетоне.
Правило создания усадочных швов: 1 — участок ослабленной области структуры; 2 — место пропила усадочного шва; 3 — вызванная усадочная трещина ниже сделанного пропила
Когда усадочные швы бетонной плиты расположены достаточно близко друг к другу, растрескивание на швах снимает усадочные напряжения. Поэтому трещины в бетоне вне швов для таких случаев – явление маловероятное.
Усадочные швы, сделанные методом распила, представляют собой простые сплошные прорези на верхних частях бетонных плит. Эти прорези создают ослабленные (более тонкие участки).
Поэтому в местах пропилов происходит растрескивание. Соответственно, усадочные швы создаются до того, как усадочные напряжения структуры начинают превышать предел прочности на разрыв. Время проявления такого состояния варьируется и зависит от ряда переменных, оказывающих влияние на скорость:
Своевременной техникой создания усадочных швов удаётся контролировать расположение трещин в бетоне, создавать качественные покрытия и основы.
Трещины в бетоне и скорость роста усадочных напряжений
Скорость, с которой растут усадочные напряжения, в первую очередь зависит от скорости потери влаги бетоном в результате поглощения основанием, а также по причине испарения. Прямая зависимость отмечается и от скорости охлаждения, а также от количества и ограничений жёсткости.
Следует учитывать скорость увеличения прочности и зависимость от скорости химической реакции между портландцементом (вяжущими материалами) и водой. Увеличение прочности структуры зависит от количества, типа цемента и добавок, а также от температуры укладки и отверждения смеси.
Более низкие температуры способствуют замедлению роста прочности. Прирост прочности структуры замедляется при укладке на холодные основания или в условиях холодной погоды. Кроме того, температура поверхности плиты может значительно упасть во второй половине дня, когда уменьшается нагрев солнцем, что вызывает как задержку схватывания, так и тепловое сжатие.
Замедленное увеличение прочности структуры обычно сопровождается задержкой по времени пропила усадочных швов. В этом случае риск появления трещин в бетоне вне пропилов значительно возрастает. Причина тому — усадочные напряжения, которые могут легко превысить предел прочности стройматериала на растяжение до установки усадочных швов.
Критерии производства распиловки усадочных швов
Крайне важно начинать пилить усадочные швы до того момента, как усадочные напряжения превысят предел прочности бетона. При этом структура стройматериала должна обладать достаточной прочностью, чтобы распиловка не стала причиной разрушения и удаления частиц заполнителя вдоль разреза.
Для пропилов усадочных швов в структуре стройматериала применяется специальное оборудование — пилы мокрого или сухого хода. Обе технологии имеют свои особенности
Преждевременно сделанная распиловка приводит к повреждению кромки (расслаивание). Запоздалый распил даёт трещины в бетоне, образующиеся хаотично, случайным образом. Следующие факторы оказывают влияние и определяют границы окна распиловки:
Если имеет место какое-либо из отмеченных условий (или сочетание), налицо влияние на окно распиловки и это влияние следует принимать во внимание. В таких случаях есть риск появления трещин в бетоне случайным образом на ранней стадии, пока бетон остаётся недостаточно твёрдым для применения распила усадочных швов.
В этих ситуациях бетон необходимо защищать от потери влаги и перепадов температуры. Кроме того, желательно увеличить скорость набора прочности, чтобы обеспечить нарезку усадочных швов раньше без лишних трещин кромок.
Если случайные трещины в бетоне образуются до распиловки усадочных швов, обычно эти трещины в бетоне отмечаются по всей ширине плиты, а ориентация трещин перпендикулярна продольному направлению.
Если трещины в бетоне меняют направление, имеют необычную ориентацию с кластерами, скорее всего, есть ограничения нижней части бетонной плиты, вызванные основанием. В любом из этих случаев появления трещин, распиливать усадочные швы уже не имеет смысла.
Как устранить трещины в бетоне — глубина шва и расстояние?
Усадочные швы обычно формируются пилой мокрой резки (пилой сухой резки), оснащённой алмазным диском. Канавки, пропиленные обычными пилами «мокрого хода», изготавливаются в течение 4 часов в условиях жаркой погоды, и в течение 12 часов в условиях холодной погоды.
Период для усадочных швов, формируемых быстродействующими пилами сухой резки намного короче. В условиях жаркой погоды пропилы делают в течение 1 часа после финишной отделки, тогда как для условий холодной погоды время увеличивается до 4 часов.
Использование быстродействующей пилы сухой резки снижает риск образования трещин, позволяя выполнять пропилы раньше, чем допускают пилы влажной резки.
Глубина пропила пилой мокрого действия должна составлять четверть толщины сляба (не менее 2,5 см). Для пил для сухой резки глубина пропила должна составлять минимум 2,5 см для сляба толщиной до 23 см.
Как правило, большинство спецификаций требуют либо абсолютной минимальной глубины пропила на 2,5 см, либо указывают на 3 см с допуском при использовании пил сухого хода. Существует практическое правило, определяющее расстояние между усадочными пропилами, которое должно быть в два-три раза больше толщины плиты.
Для бетонной плиты толщиной 15 см, этот подход даёт расстояние между пропилами 3,5 – 5,5 метров. С учётом расстояния между колоннами или по причинам экономических соображений, фактическое расстояние между усадочными швами приближается к максимальному рекомендуемому расстоянию. То есть – 5,5 метров для бетонной плиты толщиной 15 см.
На практике усадочные швы пропиливают на минимальную глубину 2,5 см, выбирают расстояние между швами, которое отражает потенциал сухой усадки стройматериала. Кроме того, выбирают меньшие расстояния между усадочными швами, если залитые плиты сильно ограничены или чувствительны к образованию случайных трещин.
При помощи информации: ACI
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Усадочные трещины в бетоне
Трещина – это нарушение сплошности, локальное разрушение материала, вызванное воздействием внешних нагрузок или возникающее в результате процессов, происходящих внутри конструкции. Одним из самых важных вопросов трещинообразования в бетонных конструкциях является образование усадочных трещин. Усадочные трещины в бетоне относятся к технологическим, формируются они по разным причинам и эти причины наиболее интенсивно проявляются на разных стадиях твердения бетона.
В зависимости от периодов твердения различают три вида усадок бетона, каждому из которых соответствуют свои усадочные трещины:
Усадка свежеуложенного бетона
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
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, на наружной поверхности появляются волосные усадочные трещины.
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 усадочные 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/м 2 ч).
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 усадочные 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 бетона водонепроницаемой пленкой
Нанесение на бетонную поверхность полимеризующихся составов
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.
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:
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 конструкция х.
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, появляются усадочные трещины.