Усадка цемента при высыхании

Усадка и набухание бетона. Факторы, влияющие на величину усадки. Пути снижения усадочных деформаций.

Усадка бетона – явление довольно распространенное, несмотря на то, что бетон демонстрирует великолепные характеристики стойкости к внешней среде и прочности. Многие новички вообще не учитывают данный фактор из-за незначительности коэффициента усадки, но это в будущем может сказаться на сроке службы здания и особенностях его эксплуатации.

Принято считать, что бетон не усаживается, в отличие от деревянных строений, домов из менее плотных и прочных материалов. И это утверждение близко к истине – упрочненный арматурным каркасом бетон демонстрирует минимальный показатель изменения объемов материала конструкций с течением времени. Но минимальная усадка бетона при твердении – не равно полному ее отсутствию, поэтому до начала проектирования и возведения здания необходимо тщательно изучить этот вопрос.

Что такое усадка?

Во время застывания раствора происходит уменьшение объема бетонной смеси, в ходе которого и случается усадка.
Процесс засыхания и затвердения, в результате которого происходит уменьшение объема цементного состава. Конечно, отсутствие такого процесса является невозможным. В практике строительства показатель усадки небольшой — 1%, но и этой цифры достаточно, чтобы внести изменения в строительную документацию. Но с помощью ряда методик можно добиться минимизации показателя. Застывание бетонного раствора — это процесс, в ходе которого и происходит усадка. Время зависит, в большей мере, от состава и параметров цемента, и составляет диапазон от получаса или несколько часов.

Коэффициент усадки незначителен

Современные производители стараются вводить в цемент различные добавки, пластификаторы, присадки, чтобы добиться наиболее оптимального соотношения компонентов для сохранения первоначальных параметров здания через многие годы. Если фундамент небольшой, то коэффициента осаждения на уровне 1-1.5% будет не заметно.

Тем более, что допустимый коэффициент усадки в соответствии с ГОСТом составляет максимум 3%. Но если конструкция большая, то данный показатель для бетона лучше, все-таки, учитывать.

Почему возникает?

Появление связывают с испарением воды цементного состава, при котором немаловажное место отводится действию сил капилляров структуры смеси. В результате их сужения изделие уплотняется, а это и вызывает усадку. Роль влаги в этом — основная, а появление ее зависит не только от условий среды, но и от особенностей цемента, используемого при замешивании. Высокий показатель усыхания возможен только при наличии большого количества алюминатов в материале. А чтобы снизить этот параметр используют алитовые цементы. Следовательно, усадка бетона связана с такими факторами:

• погодные условия;
• количественные показатели составляющих раствора;
• объем влаги;
• наличие армирующих элементов.

Основные виды

Усадка возможна на стадии застывания бетона.
В зависимости от времени усадка бетона происходит:

• до застывания смеси;
• параллельно со схваткой;
• после затвердения работы.

По факту причин возникновения усадку подразделяют на:

• происходящую в результате гидратации, когда внутри цементного камня возникает химическая реакция между исходными составляющими;
• проявляющуюся посредством физического, а также физико-химического воздействия, которые способствуют испарению влаги в процессе сушки строительной смеси.

До застывания раствора усадка осуществляется за первые 4-6 часов после заливания смеси. Данный процесс происходит, если влага способна быстро улетучиться из свежезалитой смеси. Толщина деформирования составляет около 3 мм на 1 м, и соответствует объему испарившейся влаги. Такого рода оседание нельзя допускать, потому как такой процесс приведет к перемене качеств бетонной строительной смеси в худшую сторону.

Когда не происходит никаких изменений в погодных условиях, бетон оседает довольно долго.

Вернуться к оглавлению

Коэффициент

Уменьшить коэффициент помогают различные процедуры, такие как уплотнение материала вибратором.
Его считают величиной относительной, которая обозначается в процентах. Показатель указывает на изменения в объеме по сравнению с первоначальными измерениями. Чтобы уменьшить коэффициент усадки бетона, формируя строительную смесь, используют пористые низкомодульные заполнители, вибратор при уплотнении, дополнительную тепловлажную обработку. Средняя величина усадки бетонного изделия согласно ГОСТам — 1,5%.

Как рассчитать усадку бетона в замесе

Лабораторные исследования позволяют определить текучесть массы и ее усадку. Основными методами является осаждение бетона в конусе и испытание стандартного куба после затвердевания. Текучесть бетона – способность состава растекаться при уплотнении вибратором, заполняя пустоты.

Показатель стандартный, обозначается буквой «П» и литерой 1,…5. Чем больше коэффициент текучести, тем больше в замесе воды. Для монолитной заливки используют смеси П1, П2, П3. их готовят по месту, бетон жесткий, быстро схватывающийся. В бетоновозе доставляют только П4 и П5.

Определение «П» выполняется емкостью в виде усеченного конуса объемом 6 л и высотой 30 см. Определяется, на сколько см опустился бетон, после того, как с него сняли конус.

Таблица текучести по усадке конуса

Показатель «Подвижность»	Усадка пробы, мм
П1 -малоподвижный	10-50
П2- малоподвижный	50-100
П3 – бетон общего назначения	100-150
П4- высокоподвижный	150-200
П5- высокоподвижный	>200

Исследование куба – монолита служит для более глубоких исследований с точными замерами усадки. Но чем большее число П, нем усадка больше, это закономерность. По усадке бетона в конусе можно судить, насколько осядет масса при заливке фундамента, рассчитать необходимый объем раствора.

Виды усадки

Пластическая

Возникновение трещин происходит в жидком состоянии при быстром высыхании раствора. Это происходит, когда испарение на поверхности больше, чем количество выделения влаги внутри. Хотя такие трещины неглубокие, все же ширина их достигает 3 мм. Факторы появления:

• небольшой показатель влажности воздуха;
• жаркая температура;
• большие порывы ветра;
• температурные перепады;
• сильный обогрев поверхности солнцем.

Аутогенная

Его называют «внутренним высыханием», являющимся следствием химических процессов. Объем изменяется при помещении изделия в герметическую среду, где нет обмена влагой. Около половины такого процесса наблюдается в течение суток. Аутогенная усадка бетона возникает при наличии меньшего объема продуктов гидратации, чем был до этого.

Поскольку процессы присутствуют в середине конструкции, проблемы внешним уходом не решаются.

При высыхании

Нехватка влаги при застывании строительной смеси приводит к значительной усадке и образованию трещин.
Происходит после того, как бетонная смесь схватилась. Но это продолжительный процесс, результатом которого наблюдается сокращение объема бетонного изделия от нехватки влаги. Усадка происходит при хранении конструкции не в помещении, а на открытом воздухе. На скорость формирования усадочных растяжений влияет продолжительность ухода, а это помогает предупредить трещинообразование на раннем этапе.

Усадка при обезвоживании раствора: потери в процессе эксплуатации

Одна из главных проблем, связанных с усадкой бетона – усадка при твердении: сначала процесс запускается потерей воды, потом состав садится из-за физических процессов, химической реакции в поверхностных слоях бетона.

Существующие виды

Сначала стоит упомянуть контракционное сжатие бетона, которое имеет место при приготовлении раствора. Образующиеся при взаимодействии цемента и воды гидраты обладают меньшим объемом в сравнении с первоначальным материалом. Такая усадка влияет на пористость бетона, потеря объема небольшая.

Более серьезно обезвоживание раствора, которое может быть двух типов: пластический и гидравлический. Пластическая усадка проходит в первые 3-6 часов после выполнения заливки из-за быстрой потери воды составом. Чем меньший объем воды в растворе, тем меньше он деформируется. Меньше в объеме теряют и правильно армированные конструкции.

После схватывания раствора осаживание постепенно переходит в гидравлическую фазу: проходит менее активно, медленно, менее опасно для конструкции. Бетон сохнет и сжимается неравномерно, могут появляться внутренние напряжения. Нужно помнить, что если заливка бетона осуществляется при высоких значениях температуры воздуха, то недостаток воды спровоцирует трещины даже на первом этапе, а второй пройдет более интенсивно.

Когда бетон полностью застыл и набрал прочность, в нем все равно происходят процессы осаживания. Современные строительные материалы модифицируют разными добавками, но все равно часто фундаменту позволяют выстояться какой-то срок. Многое зависит от качества цемента – в некоторых случаях бетон осаживаться может до двух лет. Карбонизация в условиях сезонных скачков температур также может дать около 5 миллиметров усадки.

Ввиду всех вышеперечисленных факторов, фундамент лучше всего заливать весной или ранним летом, чтобы у бетона было время высохнуть, набрать прочность и зимой его не порвало деформациями.

Нюансы усадки в разных условиях

• Использование специальной вибротехники позволяет сразу убирать воздух с еще незастывшего раствора, уменьшая будущую усадку. Процесс выполняют с использованием специальной техники или самостоятельно (трамбуя, пробивая, стаптывая, протыкая штыком смесь).
• Многие современные составы предполагают использование технологий, которые призваны уменьшить усадку. И хоть полностью устранить явление не удастся, нивелировать его влияние на конструкцию можно. Так, пенобетон, газобетон дают минимальные значения усадки, особенно при условии выполнения армирования.
• Считается, что меньше подвержены усадке плывучие составы, но более жидкие смеси часто демонстрируют ухудшение других свойств.
• Усадка вырастает из-за добавления в бетон специальных смесей, позволяющих работать при морозе, менять еще какие-то характеристики.
• Многое зависит от влажности поверхности – оптимальным показателем считается 55-70%: если влажность ниже, коэффициент усадки увеличится, материал начнет прессоваться.
• Чем меньше масса раствора, тем ниже коэффициент усадки.

Вывод

Если не принимать в расчет усадку, то в процессе эксплуатации здания это может привести к серьезным проблемам. Усадка тем больше, чем крупнее объект, увеличивается при отсутствии армирования, введении пластификаторов, выполнении работ в экстремальных условиях, несоблюдении технологии приготовления и использования раствора.

Рабочие швы

Рабочими называются швы между бетоном, который уже схватился и тем, что только что залит в пределах одного монолита. Холодный шов не приветствуется в строительстве, так как ухудшает прочность монолита, поэтому обычно опалубку стараются залить в один прием. Если же такой возможности нет – опалубку заполняют слоями, накладывая следующий до схватывания предыдущего.

Если же бетонирование выполняют с заметными паузами, следуют некоторым правилам: на схватившийся бетон следующие слоя кладут лишь по достижении им прочности минимум 150 кгс/см, старую поверхность чистят от цементных пленок щеткой или инструментом, пескоструем. Также для обеспечения лучшего сцепления используют битум, разные типы клея, грунта.

Если речь идет о колоннах, расположение усадочного шва должно быть на уровне низа прогона, верха фундамента, балок. Когда заливаются балки, шов делают на несколько сантиметров ниже поверхности плиты перекрытия, в обычных плитах шов должен быть параллельным меньшему из сечений плиты.

Компенсационные

Компенсационные швы выполняют для компенсирования теплового расширения и иных воздействий, становящихся причиной появления трещин. Такие швы рассекают конструкцию, деля ее на несколько отдельных монолитов.

Компенсационные швы нужны в таких случаях:

• Длина монолита составляет больше 50 метров (но в условиях сурового климата советуют вместо 50 принимать 25 метров)
• По периметру большого монолитного пола (чтобы избежать напряжений и трещин из-за усадки фундамента и стен)
• Вокруг колонн, которые стоят на уплотненном грунте или подсыпке

Требования к швам: толщина минимум 6 миллиметров, вокруг колонн можно делать квадратные (развернув на 45 градусов) или круглые швы, полости заполняют герметиком либо изоляционным материалом, чтобы избежать попадания туда грязи, влаги, микроорганизмов.

Усадочные

Задача усадочного шва – компенсировать неоднородность высыхания стяжки после заливки. Толстые слои бетона обычно сохнут неоднородно: сверху усадка больше, внутри меньше и это может деформировать основание. Но принудительное деление поверхности на площади исключит возможность появления трещин.

Основные правила выполнения:

• Фрагмент стяжки внутри швов выполняется прямоугольным либо квадратным, соотношение сторон должно быть максимум 1:1.5
• Только прямые линии, без изгибов
• Внутри помещения максимальный размер фрагмента между швами составляет 6х6 метров, на улице – 3х3. Бетонные дорожки делят продольным швом, если их ширина превышает 3.6 метра
• Г-образные участки делят на прямоугольники или квадраты
• Швы выполняют глубиной четверти/трети толщины стяжки

Технология

Компенсационные и усадочные швы выполняют так: в процессе заливки монолит делят рейками, досками, пластиковой вагонкой или кусками стекла на сектора, после схватывания элементы удаляют, бетон прорезают болгаркой с алмазным кругом.

Стадии усадочного процесса

Первичная

Возникает в период, когда еще жидкий, пластический бетон находится в процессе схватывания. А причиной этого может быть опалубка, через которую происходит утечка влаги или, наоборот, ее поглощение, а также испарение. На объем усадочного процесса влияют виды ухода, степень всасывания воды. На основании этого проводят соответствующие действия на уменьшение уровня.

Вторичная

Это усадка бетона при твердении и в процессе высыхания. Она считается частично безвозвратным процессом, так как при увлажнении происходит расширение объема бетона, хотя возвращение в первоначальное состояние уже невозможно. Факторы, влияющие на величину усадки:

• вид используемого цемента;
• жирность бетонного раствора;
• количество содержания воды;
• типы заполнителей.

Нюансы усадки при разных условиях

Метод вибрации

Метод вибрации выгоняет лишний воздух из бетона.
Данный способ направлен на то, чтобы моментально выгнать лишний воздух с незастывшего еще бетонного раствора. Он позволит предотвратить будущую усадку. Практикуется подобная методика давно, и наиболее востребована у строителей. Осуществлять процесс можно собственноручно или посредством вспомогательной техники.

При самостоятельной работе пригодится все, что способно трамбовать, пробивать, утаптывать строительную смесь. К сожалению, этот метод — довольно трудоемкий, требует специальных умений. Если прибегать к специальной вибротехнике, профессиональных навыков не требуется. Возрастает также эффективность выполненной работы. Единственная загвоздка заключается в дороговизне применения вибромашины.

Вернуться к оглавлению

Использование новых составов

На сегодняшний день производители бетонов предлагают новые, усовершенствованные виды строительных смесей, которые, по их мнению, не склонны к усадке. Это — газо- и пенобетон. Но практика показывает, что даже эти строительные растворы способны усаживаться, ведь одной из их составляющих является цемент, который оседает при любых условиях. Единственное – в зависимости от типа бетона процент усадки может варьироваться. Современные строительные растворы имеют меньший коэффициент оседания, чем смеси старого образца. Но учитывать его все равно нужно.

Вернуться к оглавлению

Плывучесть состава

Строительные смеси с высокой плывучестью более практичны в отношении усадки. Но слишком жидкая консистенция раствора пагубно влияет на другие его свойства, поэтому во время его приготовления четко следуйте рецептуре.

Размешивать бетон с водой посредством бетоносмесителя нежелательно — такой раствор теряет прочность. Многие строители пренебрегают этим советом. Усадка бетона может расти за счет присутствия внутри смеси пластификаторов искусственного происхождения, которые разрешают проводить стройку круглогодично при любой температуре воздуха, не теряя при этом своих свойств.

Вернуться к оглавлению

Профилактика усадки

Во избежание такой проблемы подходят ответственно к технологии замешивания бетона, не ошибиться в расчетах количества всех составляющих веществ. Качественное получение строительного раствора при заливке бетона — основная задача строителя. А также обязательно добавлять присадки и пластификаторы. Они помогут с увеличением показателя прочности бетонной конструкции, обеспечив меньшие потери. Продукция современного строительного рынка представлена разными вяжущими веществами, которые за счет расширения, вступив в реакцию с водой, увеличивают объем раствора. Кроме того, важно, что изменения сохраняются по истечении времени высыхания.

Как предотвратить процесс оседания бетона?

В бетон добавляются полипропиленовые волокна, предотвращающие образование трещин в процессе усадки.
Усадка бетона считается естественным процессом, избежать которого невозможно. Единственным вариантом решения данной проблемы является ее предотвращение посредством точного просчета усадки раствора, а также закладки материала с запасом, учитывая объемы деформации. Тогда вы получите необходимую конечную плотность.

Самостоятельно, без профессиональной помощи рассчитать процент оседания бетонной смеси практически невозможно. Если строится одноэтажное здание, усадка бетона не несет серьезных проблем. Но при возведении многоуровневых высоток этим фактором пренебрегать нельзя. Ведь чем больше высота здания, тем сильнее проявится погрешность не рассчитанной прежде усадки.

Здесь необходимо быть предельно точным в расчетах, делать это нужно до начала стройки, ведь потом возмещать недостающее количество строительной смеси или удалять ее излишки невероятно сложно. Производители бетонов немного облегчили задачу строителям, указав в инструкции к строительным смесям коэффициенты их усаживания. Главное – правильно приготовить раствор, а также учесть погрешности, исходя из опыта других.

Также на процесс оседания бетонной смеси влияет процент влажности. Чтобы избежать оседания, коэффициент влаги на поверхности бетона при заливке должен быть более 55, но не выше 70%. Этого можно достичь, при твердении покрыв верх бетонной конструкции водой.

Вернуться к оглавлению

Понятие усадки

Усадка бетона – это уменьшение объема и размеров вследствие уплотнения, потери влаги, затвердевания в результате химических, физических и физико-химических процессов.

В зависимости от причин различают усадку в результате происходящих:химических,физико-химических и физических процессов.

Как показывает практика, она редко превышает 1 % и является незначительной. Но даже этого будет достаточно для внесения существенных изменений в проекте строительства. Как правило, в сочетании с низкой прочностью деформации на растяжение всегда приводят к появлению трещин в железобетонных конструкциях, преимущественно в поверхностном слое, снижают долговечность конструкций и повышают деформативность.

Лучший вариант – полное отсутствие усадки, но это считается невозможным. Поэтому необходимо, чтобы данный показатель был минимален. Для решения данной проблемы существует несколько методик, каждая из которых обладает своими преимуществами. Нужно понимать, что без учета присутствующих отрицательных составляющих будет очень сложно получить качественный результат.

Схема усадочного шва.

Для повышения характеристик в настоящее время применяют минеральные добавки, с помощью которых регулируется деформация. В процессе затвердевания с применением данных добавок происходит увеличение линейных размеров кристаллов цемента. Применение таких добавок обеспечивает бетону высокую водонепроницаемость, прочность, а также долговечность конструкции. Применение этих добавок позволяет уменьшить низкие показатели растяжения при изгибе, его проницаемость и большие деформации. Подбор методов производится для каждого конкретного случая, причем методы борьбы должны определяться специалистами. Причиной этому служит то, что только профессионал имеет умения и навыки, которые способствуют решению данной проблемы с максимальной эффективностью.

Потери от оседания бетонной смеси

Если строители вовремя не заметили усадку, это чревато серьезными последствиями. Когда не применялась вибрационная утряска смеси, данное условие приведет к ее усадке на несколько сантиметров. Более того, данный процесс протекает неравномерно, грозит искривлением постройки, от чего возникают трещины в стенах.

Бетон может усаживаться при воздействии внешних вибрирующих процессов. Виной тому — обилие воздуха, который попадает внутрь раствора из-за неисправной бетономешалки или другого смесительного инструмента. Строительная практика показывает, что подобное явление встречается очень часто.

Причины возникновения усадки и методы её определения

Так как бетонный раствор имеет в своем составе некие пустоты в виде частиц растворимой в нём воды, при высыхании смеси и испарении воды на воздухе образуются пустоты, в которые распределяется раствор под действием собственной массы (то есть происходит самоуплотнение). В результате мы получаем осевший бетон. Но причиной усадки может являться не только вода в составе. Каппилярные силы в структуре цемента также могут повлиять. Когда жидкость испаряется из каппиляров материала, они сужаются, уплотняя при этом структуру бетона. Обобщая эти причины, можно утверждать, что влага – это основной компонент эффекта усадки и при измерении последнего важно учитывать именно водные показатели. Так, все измерения должны быть в диапазоне допустимой влажности 50-60%. Заметим, что присутствие в бетонной смеси аллюминатов также влияет на усадку.

Источник