Усадка и разбухание вибрированного бетона

Связь между объемными изменениями бетона и содержанием воды в цементном камне, которое предопределяет объемные изменения бетона, подвергалась тщательному изучению.

Вода, находящаяся в цементном камне, может быть условно разделена на свободную (испаряющуюся), полусвязную (поглощенную гелем цемента) и связанную. Часть связанной воды в процессе карбонизации переходит в полусвязанную воду; это так называемая вода карбонизации, которая составляет 0,4 от веса . поглощенного известью углекислого газа (СОг).

Связь воды с минералами цемента может быть как химическая (кристаллизационная и конституционная вода), так и физическая (пленочная вода). На усадку бетона влияет конституционная и пленочная вода. Цементный камень уменьшается или увеличивается в объеме в зависимости от того, в какой степени он теряет или приобретает полусвязаипую воду. Объемные изменения происходят в результате нарушения равновесия сил притяжения жидкости и твердой фазы и капиллярного натяжения, действующих в слое абсорбированной на поверхности цементных зерен воды, а также в результате обезвоживания геля силиката кальция.

Эти объемные изменения бетона обратимы; количество связанной воды увеличивается с возрастом при влажном хранении и остается почти постоянным при хранении в сухих условиях. Количество связанной воды увеличивается с увеличением водоцементного отношения. Чем выше водоцементное отношение и чем раньше цементный камень подвергнут высушиванию, тем больше потеря воды. Увеличение объема цементного камня во влажной среде зависит от количества связанной воды. Чем выше водоцементное отношение и чем больше цементного камня в бетоне, тем больше увеличение объема.

На усадку бетона влияют расход цемента, содержание воды, количество мелкого заполнителя, вид цемента и тонкость помола его, температурные и влажпостные условия твердения бетона, время твердения бетона. По данным проф. Ю. А. Нилендсра. собственно усадка в возрасте 45-50 суток составляет 0,15- 0,2 мм. Обычно наблюдаемая суммарная усадка цементного камня в возрасте 20 суток составляет для портландцемента 0,63 мм/м, портландцемента с добавкой трепела 0,49 мм/м и нуццоланового портландцемента 0,92-1,07 мм/м. Вид гидравлических добавок по-разному влияет на усадку и набухание цементного камня. По данным Бутта, введение трепела в цемент Брянского завода увеличивает набухание и мало влияет на усадку, а введение трасса в цемент новороссийского завода почти не изменяет набухания, но увеличивает усадку. Имеются сведения о том, что введение каменной муки в бетон при 0,55 и расходе цемента 300 кг/м? не изменяет усадки.

Опыты, проведенные в ЦПИПС, с определением усадки при помощи оптического компаратора, показали, что отмеченные расхождения в абсолютных значениях усадки возникают в начальном моменте отсчета.

Показаны две кривые усадки бетона одного состава 1:2,79:4,96 при В/Ц = 0,7, одна из них / получена при начале отсчета через сутки после изготовления, а вторая 2 немедленно после изготовления. Абсолютная величина усадки зависит от принятого условного нуля.

Уменьшая содержание воды в бетоне, а это возможно при укладке бетона вибрацией, можно значительно уменьшить усадку бетона. Также влияет уменьшение количества цемента. Плотный бетон вследствие малого количества пор обладает малой усадкой. Пористые заполнители, обладающие развитой поверхностью, дают бетон с большой усадкой. Сокращение количества цементного теста в бетоне уменьшает усадку бетона. Для уменьшения усадки бетона необходимо применять заполнители хорошего гранулометрического состава с малым содержанием песка в смеси, сокращать расход цемента и применять жесткие бетонные смеси.

При укладке жесткой бетонной смеси вибраторами усадка бетона уменьшается примерно вдвое против усадки бетона ручной укладки за счет увеличения содержания крупного заполнителя с соответствующим уменьшением количества цементного теста при том же В/Ц.

Усадка для бетонов одного и того же состава и способа уплотнения обусловливается различием в температурно-влажностных условиях. Как изменяется усадка бетона одного состава при нахождении его в условиях воздушного хранения, во влажной среде и при водном хранении. Особенно к сильно развиты объемные изменения у расширяющегося цемента, которые в значительной степени зависят от условий твердения бетона. Кривые усадки бетона при немедленной распалубке образцов и спустя несколько часов после изготовления для бетона с В/Ц = 0,7. Здесь же показаны кривые усадки для бетона состава 1 : 2,8 : 4,95 при В/Ц = 0,6, уложенного штыкованием и вибрированием. Для ориентировочного определения усадки вибрированного бетона, который хранился 7 дней в условиях атмосферной влажности, а затем при температуре 21,5° и 50% относительной влажности воздуха, можно пользоваться кривыми.

Уменьшение усадки бетонного образца может не сопровождаться уменьшением усадочных напряжений в армированном бетоне. Причинами низких усадочных напряжений в пластичном бетоне являются, во-первых, низкое значение модуля упругости, а во-вторых, большая ползучесть бетона под нагрузкой. Напряжения, вызываемые разбуханием бетона, находящегося в воде, значительно меньше, чем те, которые вызываются усадкой, поэтому первыми можно пренебречь. В больших массивах с достаточно плотным бетоном усадка бетона проникает не глубоко. Считают, что она сказывается примерно на глубину 10 см; поэтому усадочные трещины, если они появились, должны находиться близко друг от друга, так как каждая образовавшаяся трещина разгружает прилегающий участок от растягивающих напряжений на небольшом расстоянии.

Меры борьбы с усадочными трещинами в бетоне

Меры борьбы с усадочными трещинами заключаются в уменьшении расхода цемента и количества воды, в выборе хорошего гранулометрического состава заполнителей с минимальным содержанием песка и в равномерном уплотнении бетона для обеспечения его однородности. Усадочные напряжения в массиве слагаются обычно с температурными напряжениями вследствие охлаждения наружной поверхности бетона. Температурные напряжения проникают на большую глубину, нежели усадочные, поэтому расстояние между температурными трещинами может быть больше, чем между усадочными. Анализ условий образования трещин в массивных бетонных блоках дан в работе проф. А. А. Гвоздева.

Для борьбы с температурными трещинами необходимо применение цемента с малым тепловыделением, уменьшение содержания цемента в бетоне, ограничение высоты бетонируемого слоя, размеров блока и скорости бетонирования, искусственное охлаждение массивов, устройство швов расширения, предупреждение от быстрого понижения температуры путем подогрева, бетонирование при низкой температуре.