Что такое коэффициент усадки бетона

Усадка бетона — естественный процесс уменьшения объёма смеси, который частные застройщики нередко не учитывают; это может приводить к растрескиванию и со временем к разрушению сооружения. Уменьшение объёма бетонной смеси происходит на разных этапах: гидратация, схватывание, твердение — как до, так и после набора марочной прочности. Чтобы заливка смеси была корректной, необходимо учесть коэффициент усадки бетона. По действующим строительным нормам допустимый показатель обычно не превышает 3 %. Учёт усадки особенно важен при возведении массивных зданий. Для снижения этого показателя существует ряд технологических приёмов.

Процесс усадки бетона специалисты классифицируют по двум основным признакам:

1. Временной. Оценивают усадочные процессы в привязке к периодам, когда они возникают и протекают: сразу после заливки смеси в опалубку, до фактического набора марочной прочности искусственным камнем, после завершения твердения;
2. Причинный. Рассматривают виды усадочных процессов по физико-химическим факторам, которые вызывают изменение объёмов элемента из бетона.

Во время схватывания и твердения бетона выделяют несколько вариантов усадки:

1. Пластическая. Проявляется в первые 8 часов с момента заливки смеси в опалубку. По истечении этого периода её в расчётах обычно не учитывают. Причина: из смеси уходит вода — она покидает цементное молочко через элементы опалубки, испаряется в окружающую среду, уходит в основание. Для минимизации нужно не только грамотно собрать опалубку, но и устроить подушку из тощего бетона, обеспечить гидроизоляцию, оптимальные условия гидратации, схватывания и твердения смеси до набора 50–70 % марочной прочности в зависимости от уровня ответственности конструкции. Чем выше температура и ниже влажность воздуха, тем чаще следует увлажнять бетонный элемент, особенно в первые дни после заливки в опалубку. Максимально допустимое значение линейной пластической усадки составляет 4 мм на 1 м. Процесс является первичным; его можно обратить вспять, если вовремя принять меры;
2. Аутогенная. Такая усадка характерна для молодого бетона, который ещё не достиг марочной прочности. В стандартных условиях она достигается за 28 суток. Рядовое линейное изменение порядка 1 мм на 1 м не учитывают в малоэтажном строительстве. Оно критично для крупных и тяжёлых бетонных конструкций. Этот тип усадки часто вызывает микротрещины, которые придётся устранять, иначе искусственный камень быстро разрушится;
3. Изменение размеров уже зрелого бетона. Усадка может проявляться в течение 3–4 мес. после заливки; позже процесс идёт медленнее и менее критичен. Раньше строительство допускали только после длительной выдержки монолитного фундамента (до года). Сегодня проблему снижают подбором вяжущего и специализированных присадок заводского производства, а также рациональным армированием.

При проектировании крупногабаритных конструкций необходимо учесть все разновидности усадки. Наиболее интенсивно эти процессы протекают в первые 2–3 недели после заливки в опалубку, затем происходит заметное замедление. Полное прекращение — лишь через 1–1,5 года после фактической заливки. Большая часть этих процессов связана с интенсивной потерей влаги бетоном. Эти процессы нужно учитывать: они приводят к трещинам из-за деформаций. Если проблему не устранить, постепенно теряются эксплуатационные характеристики сооружений. Инженеры на стадии проектирования выполняют необходимые расчёты. Современные материалы и технологии позволяют снизить показатель усадки до диапазона 0,97–1. Такому коэффициенту соответствует линейное изменение размеров элемента из бетона на 0,2–0,4 мм/м. Нормативная документация для прогноза усадочных процессов в каждой стране может существенно различаться. Используйте только местные актуальные технические документы и нормы для расчётов, чтобы не нарушить требования к бетонным работам в вашем регионе.

Усадка бетонной конструкции может вызываться рядом физико-химических процессов, которые естественным образом идут в бетоне почти сразу после заливки:

1. Контракционная. Это то самое «стяжение бетона». Возникает из-за химического взаимодействия минеральных компонентов вяжущего с водой. Проявляется в начальный период схватывания и последующего твердения при интенсивной гидратации. Образуются гидраты меньшего объёма, чем сумма исходных компонентов смеси. Создаёт наименьшую опасность для рабочих характеристик готового сооружения или изделия;
2. Влажностная. Твердение сопровождается уходом влаги при схватывании и наборе марочной прочности; водяные пары активно уходят в окружающую среду;
3. Карбонизационная. Объём готового бетона меняется уже после достижения марочной прочности из-за дальнейшего образования карбонатов.

На параметр оказывают влияние несколько факторов:

1. Марка и минералогический состав связующего, процентное содержание в составе смеси. Если долю цемента в единице объёма повысить, коэффициент усадки также возрастает. Наименьшую усадку даёт портландцемент по сравнению с высокоактивными и глиноземистыми сортами;
2. Типы заполнителя. Чем мельче фракция, тем выше коэффициент усадки. Тяжёлые заполнители дают меньшую усадку, чем лёгкие. Линейное изменение размеров для бетонов на лёгких заполнителях составляет 0,4–0,9 мм/м, на тяжёлых — до 0,5 мм/м.
3. Соотношение воды и цемента в смеси: чем меньше жидкости, тем меньше усадка;
4. Качество армирования. Жёсткий каркас из рифленой стальной арматуры заметно снижает проявления усадки;
5. Относительная влажность окружающего воздуха: чем она ниже, тем больше усадка;
6. Добавки, ускоряющие твердение, обычно увеличивают показатель усадки;
7. Влияние пропаривания на усадку изучено не полностью; по ряду данных оно снижает её примерно в 1,5 раза.

Для снижения усадочных процессов в бетонных конструкциях и предотвращения негативных последествий существует ряд мер:

1. Состав смеси для каждого проекта должен быть оптимальным: номенклатура компонентов, их объёмы, соотношение воды и цемента, доли заполнителей и вяжущего;
2. Выбор в пользу цементов с низкой усадкой (например, алитовых) по сравнению с алюминатными разновидностями;
3. Соблюдение температурно-влажностного режима для оптимального твердения смеси;
4. Грамотное вибрирование после заливки в опалубку или форму для удаления избыточного воздуха из смеси;
5. Применение цементов с расширяющимися свойствами;
6. Введение специальных присадок и добавок для уменьшения усадки, например пластификаторов: они взаимодействуют с водой в смеси, способствуют более равномерному распределению напряжений в конструкции.

Коэффициент усадки бетона — безразмерный или приведённый показатель, характеризующий относительное уменьшение размеров или объёма при твердении и высыхании; используется в расчётах деформаций. Усадка бетона — уменьшение линейных размеров или объёма бетона и железобетона вследствие химических реакций, перемещения воды и последующих процессов в затвердевшем материале. Пластическая усадка — ранняя усадка свежей смеси в первые часы после укладки, связанная с движением воды и уплотнением под собственным весом и вибрацией. Аутогенная усадка — усадка в раннем возрасте бетона за счёт внутреннего расхода воды на гидратацию и связанного с этим объёмного эффекта в массиве. Линейная усадка — изменение длины элемента на единицу длины (например, мм/м), удобная величина для оценки зазоров, трещинообразования и деформаций швов. Контракционная усадка — объёмное уменьшение из-за образования продуктов гидратации меньшего объёма, чем исходные вещества. Карбонизационная усадка — последующее изменение объёма и свойств из-за взаимодействия гидроксидов с диоксидом углерода в поре. Бетонная смесь — смесь вяжущего, воды, заполнителей и при необходимости добавок до затвердения; в рабочем состоянии подвержена пластической усадке.