Что такое усадка бетона: виды, расчетные коэффициенты

Наверное, каждый человек, которому приходится работать в строительстве, слышал про такое явление, как усадка бетона. Что же это такое? Почему возникает? Чем она опасна? Можно ли и нужно ли с нею бороться? Дадим ответы на эти вопросы, чтобы во время выполнения работ не возникло проблем, и бетонная конструкция получилась прочной и надежной.

Определение

Усадка бетона – это изменение объема бетона в процессе твердения, в результате физико-химических процессов и изменения его уровня влажности. Условно усадочные изменения бетона разделяют на первичные (усадка самой бетонной смеси), и деформация при высыхании (вызвана медленным высыханием затвердевшего бетона). Длительность усадки и величина деформации зависит от состава бетонной смеси и окружающих условий.

Трещина на поверхности, это результат усадки бетона.

Активнее всего водоотделение проходит в первые 10-20 минут после заливки бетона. А интенсивности деформаций, во время первоначальной усадки, начинает замедляться через 30-90 минут. Однако по истечении этого времени (вопреки мнению неопытных строителей) она не заканчивается. Дальше процесс постепенно замедляется и становится практически незаметным. Но он может продолжаться еще долгое время.

Многие считаю что для определения усадки в лабораторных условиях используют специальный конус, где бетон осаждается, после чего подвергается соответствующим испытаниям. Это не верно, так определяют подвижность бетонной смеси или по другому “осадку бетона”. А усадку определяют наблюдая за залитыми образцами, периодически замеряя изменения в их размере и весе.

Если при строительстве использовались качественные материалы, а сама технология приготовления и приемки бетонной смеси не была нарушена, то коэффициент усадки минимален – он составляет не больше 1% от общего объема. Казалось бы – ничего серьезного, ведь уменьшение объема на одну сотую это практически незаметно. Так оно и есть, но если технология нарушена или используются некачественные материалы, то при твердении даже столь незначительная усадка приводит к снижению прочностных характеристик и появлению дефектов в монолите.

Из данных приведенных в таблице, видно, что количество воды играет ключевую роль, следовательно для того чтобы сделать бетон более жидким, следует применять пластификаторы, тогда усадка будет минимальна и бетон получится качественнее.

Виды усадки

Так как факторов определяющих размер усадки бетона несколько, их разделяют на виды.

Влажностная

Является самой существенной и оказывает наибольшее значение на итоговый показатель усадки. Происходит из-за того, из тела цементного камня уходит влага, составляющей немалую часть объема. Какая-то доля впитывается в опалубку или уходит в основание. Также нельзя избежать простого испарения – особенно заметно это в теплую погоду.

Контракционная

Это явление также известно, как стяжение бетона. Тут всё естественно – усадка происходит из-за того, что вода вступает в химическое взаимодействие с вяжущими минеральными компонентами. Чаще всего имеет место на первых этапах схватывания – в первые несколько дней или даже часов, в это время твердение смеси, сопровождающееся гидратацией, течет наиболее бурно.

В результате объем образовавшегося гидрата меньше, чем суммарный объем компонентов, использованных при заливке. Но в целом эта усадка оказывает наименьшее влияние на итоговые характеристики конструкции.

Карбонизационная

Это связано с тем, что уже готовый железобетон продолжает изменяться даже после того, как прошли стандартные 28 дней и материал набрал достаточную прочность. На самом деле химические процессы, дополнительно повышающие его прочность, продолжаются ещё несколько месяцев. Это происходит из-за образования карбонатов. Усадка в этом случае невелика, но её также следует учитывать, особенно если речь идет о многоэтажных монолитных зданиях или фундаментах, которые должны выдерживать нагрузки в десятки и сотни тонн.

Чем она опасна

При нарушение технологии бетонирования и ухода за бетоном, или используется недостаточно качественные материалы, вероятность появления дефектов на поверхности, а также в теле монолита увеличивается. Это могут быть:

• деформация;
• расслаивание;
• появление трещин.

Сами по себе эти дефекты не представляют собой серьезной опасности для конструкции, если они не превышают допуски ГОСТ. Но, например, в трещины, если их не заделать, может попадать вода, а она снижает уровень морозостойкости бетонной конструкции, так как при замерзании она расширяется и постепенно разрушает бетон. Также она может стать причиной активных коррозионных процессов, разрушающих арматуру.

В любом случае прочность бетона снижается, что может стать причиной снижения сроков службы конструкций, а также уменьшения их прочности.

Что влияет на усадку

Почему же в одних случаях усадка опасна, а в других случаях оказывается настолько незначительной, что ею можно пренебречь? Процесс зависит от ряда факторов.

Важнейшим является влажность и температура окружающего воздуха. Профессиональные строители знают, что лучшие условия для схватывания бетона и набора прочности – влажность воздуха не менее 60% и температура +20…+22 градуса. Конечно, получить такие условия на практике не всегда возможно. Слишком сухой воздух, а также повышенная температура сокращает срок схватывания и, как следствие, увеличивает усадку.

Ещё один важный фактор – состав бетона. Если использовать большое количество наполнителей (керамзит, щебень, отсев и так далее), то усадка будет меньше. Ведь как раз в растворе происходят процессы, вызывающие усадку.

Конструктивный тяжелый бетон В25, наполнитель щебень.

Использование наполнителей не только уменьшает усадку, но и снижает финансовые затраты.

Наконец, нельзя забывать и про состав цемента, используемого при строительстве. Ведь они бывают разные. Желательно использовать алитовый цемент. Если же используется материал, в состав которого входят алюминаты, то будьте готовы к тому, что коэффициент усадки увеличится. Происходит этого из-за того, что алюминатный раствор высыхает быстрее.

Как уменьшить усадку

Разобравшись с причинами усадки и её опасностью, стоит ответить на самый важный вопрос – как же избежать её или хотя бы снизить влияние на конструкцию.

1. Соблюдение правильных пропорций приготовления бетонной смеси. Тут должна использоваться таблица, содержащая номенклатуру всех применяемых компонентов, их водоцементное соотношение, согласно рекомендации завода производителя цемента. Также важно соблюдать соотношение заполнителей и вяжущего вещества.
2. Перед заливкой смочить опалубку или основание. Также, при бетонировании монолитной плиты перекрытия в жаркую погоду, рекомендую смачивать и арматуру.
3. В жаркую погоду, как только бетон начнет схватываться его необходимо укрыть мешковиной, ее полить водой и укрыть пленкой. А затем, в зависимости от условий окружающей среды, мешковину необходимо периодически увлажнять.
4. Желательно использовать алитовый цемент, чтобы уменьшить усадку. Да, этот вариант дороже, но он лучше подходит для случаев, когда особенно важно бывает уменьшить усадку.
5. Бетонирование желательно проводить, при нормальных показателях температуры 20-22 °C.
6. Использование расширяющих присадок, которые способны уменьшить усадочный коэффициент. Это специальные пластификаторы, вступающие в реакцию с водой. Благодаря им происходит набухание раствора. Следовательно, бетон заполняет все пустоты и напряжение равномерно распределяется по всему объему.

Обязательно выполнять уплотнение бетона. Сразу после заливки следует использовать специальное оборудование, чтобы устранить из бетонной смеси пузырьки воздуха, а также равномерно распределить её в опалубке.

Использование усадочных швов

Если строительство объектов ведется в регионах со значительными суточными и годовыми перепадами температур (к таковым относится и большая часть нашей страны), то оправданным будет использование специальных усадочных швов. Их основная цель, уменьшить нагрузку на элементы конструкций в местах возможных деформаций.

В этом случае весь фундамент или монолитные стены выглядят не как единое целое. Вместо этого после заливки и набора прочности, в нем проделываются специальные зазоры. Чаще всего для этого применяются сверла с алмазным напылением. Благодаря получившимся зазорам расширение бетона при нагревании не будет приводить к возникновению дополнительного напряжения, которое со временем может разрушить конструкцию.

Здесь важно чтобы блоки быть либо квадратными, либо прямоугольными. В последнем случае соотношение сторон составляет 1:1.5. А если работы ведутся в помещении, то блоки могут иметь размеры до шести метров. На улице же этот показатель не должен превышать трёх метров. Также нельзя забывать, что швы не прорезают монолит целиком. Чаще всего их глубина колеблется от четверти до трети толщины. Этого достаточно, чтобы даже сильные перепады температуры не создавали дополнительное напряжение в бетоне, приводящее к разрушению фундаментов и стен зданий.

Если правильно провести расчеты, использовать качественный, правильно подобранный материал и выполнить работу без нарушения технологии, то усадка бетона никоим образом не скажется на характеристиках готовых конструкций. А к этому и стремятся профессиональные строители.