Причины возникновения деформаций в бетоне. Способы повышения трещиностойкости

Лёгкий бетон. Технологии получения и рациональное применение.

Легкие бетоныс плотностью менее 2000 кг/м3 можно получить за

счет использования пористых заполнителей(легкий бетон), поризацией

межзернового пространства (поризованный бетон) или мелкозернистого

бетона в объеме (ячеистый бетон) путем введения газо- и пенообразую-

щих добавок, а также применением однофракционного крупного запол-

нителяпри отсутствии мелкого и ограниченного расхода цемента (круп-

нопористый бетон).

Вид и применение легкого бетона определяют двумя показателями:

пределом прочности на сжатие в 28 суток естественного твердения и сред-

ней плотностью. По назначениюлегкие бетоны подразделяют на конст-

рукционныедля изготовления таких несущих конструкций, как плиты пе-

рекрытий; конструкционно-теплоизоляционные, используемые в произ-

водстве ограждающих стеновых конструкций, плит покрытий, и тепло-

изоляционные, основное назначение которых – теплозащита зданий и со-

оружений, трубопроводов и технологического оборудования.

В зависимости от применяемого крупного пористого заполнителя

легкие бетоны подразделяют на керамзитобетон, перлитобетон и т.д.

Для приготовления легких бетонов с плотной межзерновой структу-

рой, пористость которой не превышает 7 %, используют все виды мине-

ральных вяжущих и пористые заполнители. Так как прочность пористого

заполнителя всегда меньше прочности цементного камня, то его введение в бетонную смесь приводит к понижению плотности и прочности бетона. Эта зависимость проявляется более сильно при увеличении содержания легкого заполнителя и уменьшении его плотности. За счет снижения В/Ц, применения более активного цемента, добавок, повышающих прочность цементного камня, можно повысить общую прочность бетона только до какого-то граничного значения, определяемого видом заполнителя, после которого влияние заполнителя становится определяющим и любые последующие технологические приемы неэффективны. Важным свойством легкого бетона является его теплопроводность,

по которой рассчитывают толщину ограждающих конструкций. Увеличе-

ние содержания легкого заполнителя, уменьшение его плотности приводят

к понижению коэффициента теплопроводности бетона, улучшению его те-

плотехнических свойств. Из-за своей высокой пористости легкий заполни-

тель оказывает большее, по сравнению с плотным, влияние не только на

прочность бетона, но и на свойства бетонной смеси. Обладая высоким во-

допоглощением, пористый заполнитель значительно повышает водопо-

требность бетонной смеси, которая увеличивается при уменьшении плот-

ности. Вследствие этого свойства заполнитель активно участвует в струк-

турообразовании, т.к. интенсивное поглощение воды в момент приготов-

ления бетонной смеси переходит при последующем дефиците воды в об-

ратный процесс постепенного возвращения ее и участия в гидратации.

В результате наблюдаемого влагопереноса ширина контактного слоя и

прочность сцепления с цементным камнем у пористого заполнителя выше.

Поэтому легкий бетон может обладать водонепроницаемостью до W8…12

и морозостойкостью F400…800, что позволяет использовать его в гидро-

техническом строительстве и мостостроении. Более высокая деформатив-

ность заполнителя компенсирует усадку цементного камня при твердении

и поэтому общие усадочные деформации в легком бетоне не наблюдаются, несмотря на повышенный расход цемента

Причины возникновения деформаций в бетоне. Способы повышения трещиностойкости

Деформативныесвойства бетона зависят от его структуры, состава,

свойств составляющих, условий твердения бетона и эксплуатации конст-

рукций.Собственные деформациинаблюдаются в бетоне при твердении и изменении его влажности. Уменьшение объема затвердевшего бетона происходит в результате испарения воды и химического взаимодействия минералов цемента с водой, т.к. кристаллическиепродукты гидратации занимают меньший объем, чем сумма объемов веществ, вступающих в реакцию (контракционная усадка).Вследствиевзаимодействия в поверхностных слоях бетона гидроксида кальция, продукта гидратации трехкальциевого силиката, с углекислым газом воздуха впорах бетона образуется крупнокристаллический карбонат кальция, вызывающий карбонизационную усадку. Влажностныеизменения могут со-

провождаться расширением цементного камня при насыщении водой и

усадкой – в результате ее испарения.

Контракционная и карбонизационная деформацииувеличивают-

ся с повышением содержания цемента и воды в бетонной смеси, при

применении высокоактивных цементов, гидратация которых проходит в

более короткие сроки с большим тепловыделением.

Определяющее влияние на величину контракционной усадки оказы-

вают условия твердения бетона. Снижение влажности окружающей среды

менее 90 % в первые сутки твердения вызывает появление поверхностных

микротрещин, ухудшающих эксплуатационные свойства бетона. Дефор-

мации можно уменьшить за счет обеспечения нормальных температурно-

влажностных условий твердения бетона в первые 7 суток при получении

монолитных конструкций на строительной площадке или соблюдения ре-

жимов ТВО особенно в период предварительной выдержки, подъема тем-

пературы и остывания бетона при изготовлении сборных конструкций.

Влажностные деформациизависят от содержания цементного камня в

бетоне, так как именно он при насыщении водой склонен к набуханию в

отличие от жесткого плотного заполнителя и последующей усадке при ее

испарении. Для повышения трещиностойкости бетона в конструкциях эф-

фективна их пропитка на определенную глубину высокомолекулярными

горячими смолами в специальных герметичных камерах под давлением

(получение бетонополимерных конструкций) и применение дисперсного

армирования. В первом случае заполнение капиллярных пор полимерным

пластичным материалом по отношению к хрупкому искусственному кам-

ню позволяет поверхностному слою бетона воспринимать собственные

деформации без нарушения его целостности; во втором – изгибающие и

растягивающие напряжения берет на себя равномерно распределенная по

всему объему бетона эластичная дисперсная арматура.

В зависимости от длительности действия нагрузки бетон ведет себя

по-разному. При небольшом кратковременном нагружениион проявляет

свойства упругого тела.Если напряжение превосходит 0,2 предела прочности на сжатие, то наблюдаются остаточные пластические деформации,связанные с появлением микротрещин как в самом цементном камне, так ив контактном слое. На характер нарастания деформаций под действием нагрузки влияют скорость ее приложения, размеры образца, температурно-влажностное состояние бетона и окружающей среды. Чем меньше скорость подачи нагрузки, тем больше деформации в бетоне, увеличение деформаций на 10 % наблюдается при испытании горячего бетона и бетона в водонасыщенном состоянии. С уменьшением размера образцов, вследствие повышения их однородности, снижается скорость нарастания деформаций, поэтому при испытании в этом случае вводят поправочные коэффициенты, величина которых меньше единицы.

Длительное действие нагрузки, постоянной по величине и направле-

нию, вызывает в бетоне увеличивающиеся деформации, которые затухают

только через несколько лет эксплуатации конструкции. Это явление назы-

вается ползучестью.Основная причина ползучести объясняется пластическими свойствами цементного камня в начальные сроки твердения, когда он еще не полностью закристаллизовался, не приобрел достаточной прочности и жесткости. Поэтому ползучесть увеличивается при повышении расхода цемента, водоцементного отношения, уменьшении крупности заполнителя и повышении его деформативности (легкий заполнитель). Снизить ползучесть бетона можно путем ограничения расхода цемента и увеличения объема крупного плотного заполнителя в составе бетонной смеси. С увеличением времени твердения бетона процесс этот стабилизируется.

Темп. деформациив бетоне возникают вследствие разных коэффициентов температурного расширения его составляющих. Тем-

пература от 0 до 50 °С не вызывает значительных деформаций в сухом бетоне. Колебания температуры особенно при наличии влаги в порах приводят к микроразрушениям. Рост деформаций связан при отрицательной температуре с льдообразованием, сопровождающимся увеличением объема льда по отношению к замерзающей воде, и переходом воды в пар с увел. объема последнего при нагревании. В первом случае используюттехнологические приемы по повышению морозостойкости бетона: увеличение плотности, создание микропористой замкнутой структуры. Во втором, касающемся в большей степени технологии получения сборного железобетона с использованием термообработки, – применение мягких режимов с медленным нарастанием и снижением температуры. Для уменьшения температурных деформаций в бетонных конструкциях с большимодулем поверхности устраивают температурные швы, которые заполняют герметизирующими упругими прокладками или мастиками, воспринимающими и гасящими возникающие деформации.