Домой Секреты Деформативные свойства и трещиностойкость бетона

Деформативные свойства и трещиностойкость бетона

Причины возникновения трещин

Железобетонные конструкции, изделия и их части могут покрываться трещинами в нескольких случаях:

  • Температурные изменения при твердении бетона и в процессе эксплуатации при смене влажности. Особенно опасно возникновение растрескивания в первые дни после формирования конструкции, когда камень набирает прочность. Риску подвержены преимущественно объёмные конструкции – в процессе гидратации цемента выделяется тепло, которое внутри изделия сохраняется, а края остывают при контакте с окружающей средой. Аналогичная ситуация может возникнуть в плоскостенных изделиях. Температурный перепад и есть причина растрескивания поверхности в первые 2-3 недели.
  • Усадка защемленных балок, твердеющих в «зажатых» условиях, образуется в виду возникновения растягивающего напряжения, трещиностойкость таких очень мала. Кроме того, бетон расширяется при гидратации, в сочетании с напрягаемой арматурой иногда возникает диссонанс внутренних нагрузок, возникновение трещин неизбежно.

Трещиностойкость бетона предусматривается на этапе проектирования и должна быть скорректирована любым из способов:

  • Применение бетона с определенными характеристиками (увеличенная плотность, морозостойкость, влагостойкость и другие подходящие параметры, их можно регулировать введением пластификаторов в раствор или варьированием количества и качества компонентов);
  • Организация «комфортных» условий для твердения бетона: своевременный полив, недопущение охлаждения или чрезмерного нагрева свежеуложенного объёма;
  • При неизбежности возникновения трещин – правильное проектирование, когда места деформаций выводят искусственно принятием соответствующего армирования. То есть трещины образуются в заранее предусмотренном месте с последующим их устранением (заполнением).

Усадка бетона

Усадкой называется уменьшение размеров бетона, происходящее при снижении его влажности. Обратный процесс — увеличение размеров при увлажнении — набухание.Существует несколько разновидностей усадки:

  • начальная усадка (или осадка), протекающая в свежеот-формованном, еще пластичном бетоне;
  • аутогенная усадка, происходящая при отсутствии влаго-обмена твердеющего бетона с окружающей средой. Влажность его в этом случае снижается вследствие химического связывания воды. Наибольшую величину аутогенная усадка имеет для бетонов с низкими В/Ц, в обычных бетонах ее роль незначительна;
  • влажностная усадка, вызываемая высыханием бетона — основной ее вид, который и рассматривается ниже.

«Виновником» усадки бетона является цементный камень. Ее причины заключены в самой структуре камня, а именно — в наличии капиллярных пор и гелевой составляющей (частиц гидросиликатов, покрытых водными оболочками).Высыхание бетона происходит в определенной последовательности: сначала теряют воду самые крупные поры, затем все более и более мелкие.Начало испарения воды из капилляров приводит к образованию в них водных менисков и возникновению капиллярных сил. Это те самые силы, что вызывают поднятие воды по капиллярам. В данном случае они направлены со всех сторон вглубь бетона, что и приводит к его сжатию. Продолжение высыхания приводит к перемещению водных менисков во все более узкие части капилляров и возрастанию капиллярных сил и капиллярной усадки.Степень высыхания бетона зависит от относительной влажности окружающего воздуха (ф). Чем ниже ее значения, тем меньше становится диапазон размеров капилляров, еще удерживающих воду.Полностью капилляры освобождаются от воды при ф = 45%, и капиллярный механизм усадки перестает действовать. Но при дальнейшем снижении влажности начинается испарение воды из геля. Это приводит к гелевой усадке бетона (сближаются частицы гидросиликатов, постепенно теряющие оболочки адсорбированной воды). В итоге усадка протекает во всем диапазоне снижения влажности окружающего воздуха. Чем она ниже, тем величина усадки больше.Со временем усадка прекращается, так как влажность бетона приходит в равновесие с окружающей средойПр увлажнении бетона его размеры увеличиваются, при повторном высыхании — вновь уменьшаются. Бетоны, эксплуатируемые н условиях переменной влажности, претерпевают многократные деформации усадки и набухания. Их влияние негативно и может приводить к «расшатыванию» структуры бетона. Величина влажностных деформаций уменьшается со временем, так как продолжающаяся гидратация цемента способствует уплотнению бетона.Переменное увлажнение и высушивание является наиболее неблагоприятным видом влажностного режима при эксплуатации конструкций. Согласно ГОСТ 31384 ему присвоен класс ХС-4.Значительное влияние на величину усадки оказывают технологические факторы. Она возрастает при увеличении тонкости помола цемента, В/Ц, содержания воды и цемента в бетонной смеси (т. е. объема цементного камня в бетоне).С ростом концентрации заполнителей в бетоне усадка уменьшается. Если для чистого цементного камня она составляет 3-5 мм/м, то для раствора 0,6-1 мм/м, а для бетона 0,2-0,4 мм/м.Величина усадки и ее скорость существенно уменьшаются при увеличении сечения конструкции. Так, при сечении 4×4 см половина усадки протекает в течение недели, а при сечении 30×30 см — в течение года. Поэтому наиболее опасна усадка для тонкостенных конструкций.

Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций

Под трещиностойкостыо конструкции понимают ее сопротивление образованию или раскрытию трещин (а также способность к закрытию трещин при снижении нагрузки) при расчете по II группе предельных состояний. В зависимости от условий, в которых эксплуатируется конструкция, к ней предъявляются требования одной из трех категорий — 1-я категория — не допускается образование никаких трещин; 2-я категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии обеспечения их последующего надежного закрытия (зажатия); 3-я категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

Под непродолжительным понимают раскрытие трещин от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок (т. е. практически от суммарной нагрузки); под продолжительным — раскрытие трещин только от постоянных и длительных нагрузок. Категории требований к трещиностойкости и соответствующие значения предельной ширины раскрытия трещин даны в табл. 6.1, а порядок учета нагрузок при расчетах по образованию и раскрытию трещин — в табл. 6.2.

807680a1ddaa63205092eaae74c898f0.jpg

Как следует из табл. 6.1, требования 1-й категории трещиностойкости (никакие трещины не допускаются) предъявлены к элементам, воспринимающим давление жидкостей или газов при полностью растянутом сечении, когда возможно образование сквозных трещин, нарушающих непроницаемость конструкции. Из экспериментов известно, что трещины в бетоне образуются в результате исчерпания бетоном прочности на растяжение (величины относительно низкой) при сравнительно малых деформациях растяжения, чему соответствует минимальная величина напряжений в арматуре (30 МПа). Поэтому для повышения трещиностойкости железобетона, находящегося под давлением жидкостей и газов, целесообразно применять предварительное напряжение, используя стержневую арматуру классов A-IV и выше, проволочную классов B-II, Вр-II, К-7, К-19. По этим же причинам не рекомендуется использование элементов без предварительного напряжения.

Требования 2-й категории трещиностойкости (ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин), как следует из табл. 6.1, предъявлены к отдельным элементам, армированным наиболее высокопрочной стержневой арматурой (класса A-V, A-VI) или же высокопрочной проволочной арматурой. Возможная коррозия такой арматуры (обычно имеющей небольшое сечение) наиболее опасна, так как даже небольшое (доли миллиметра) снижение диаметра арматуры вследствие коррозии ведет к значительному снижению усилия, воспринимаемого арматурой и, как следствие, к существенному падению несущей способности железобетонного элемента. Поэтому для таких элементов при определенных условиях эксплуатации (на открытом воздухе, в грунте, см. табл. 6.1) не допускается длительное раскрытие трещин. Для остальных железобетонных элементов (3-я категория требований) длительное раскрытие трещин допускается, но при ограниченной ширине их раскрытия. Эти ограничения обусловлены тем, что процесс коррозии арматуры при такой ширине трещин и соответствующих условиях эксплуатации протекает достаточно медленно, и его влиянием на снижение несущей способности элемента обычно можно пренебречь.

Приведенные требования относятся к трещинам, нормальным и наклонным к продольным оси элемента. Во избежание раскрытия продольных трещин — устанавливают поперечную арматуру.

Трещиностойкость асфальтобетона

Асфальтобетон – отдельный вид строительного материала, используемый в дорожном строительстве. В виду специфики применения методы испытания и показатели коэффициентов у него определяются индивидуально.

Определение трещиностойкости асфальтобетона осуществляется согласно двух документов: ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов» и ОДМ 218.2.001-2007 «Метод определения трещиностойкости полимерасфальтобетона при отрицательных температурах». Стоит отметить, что оба документа применяются на практике, но по сути содержат один метод, суть которого – определение нижнего температурного порога, при котором возникают трещины на бетоне под определённым прогибом и нагрузкой.

Готовят образцы согласно пункту 7.2.1.3 в количестве 6 штук и металлический шаблон по размеру целой плитки, на металлической подставке помещают их в морозильную камеру и выдерживают при температуре 0±2°С в течение 30 минут. После этого из морозилки достают шаблон, затем по очереди образцы и прикладывают их к шаблону одним концом строго по центру. После этого образец вручную изгибают 2 секунды по шаблону, пока не произойдет их полное соприкосновение. С момента извлечения из морозилки до конца испытания не должно пройти более 6 – 7 секунд.

Схема испытания:

faeac9f867af4346db3d7631f14c3244.png

Процесс повторяют с понижением температуры в камере на 5°С до тех пор, пока на одном из образцов не появятся трещины. Это и есть искомая температура трещиностойкости. Полученные одним лаборантом два результата с применением одного шаблона признают достоверными с вероятность 95%, если температурное расхождение между ними не превышает 5°С.

Категории трещиностойкости железобетонных конструкций

СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» определяет 3 категории по требованиям к трещиностойкости в зависимости от условий эксплуатации и вида используемой арматуры:

  • Первая кат. – образование трещин недопустимо;
  • Вторая кат. – возникновение трещин допускается с ограничением ширины расширения acrc1 ≤ 0,2 мм с последующим обязательным закрытием;
  • Третья кат. допускает образование трещин с непродолжительным acrc1 и продолжительным acrc2 ≤0,3мм раскрытием.

Под непродолжительным понимаем раскрытие под совместным действием кратковременных и постоянных длительных нагружений. Продолжительное раскрытие происходит в результате действия длительных постоянных нагрузок без кратковременных.

Категории трещиностойкости железобетонных элементов в условиях неагрессивной среды эксплуатации приведены в таблице 1 СНиПа:

Условия работы изделий Категория требования к трещиностойкости жб конструкции и максимально допустимая ширина acrc1 и acrc1 раскрытия трещин, в мм, обеспечивающие ограничение проницаемости
1. Конструкции, воспринимающие давление жидкостей и газов при сечении:
полностью растянутом 1-я кат.1
частично сжатом 3-я кат.;

acrc1 = 0,3;

acrc2 = 0,2

2. Элементы, воспринимающие давление насыпных материалов 3-я кат.;

acrc1 = 0,3;

acrc2 = 0,2

1 – конструкции и изделия должны быть преимущественно предварительно напряжёнными.

В таблице 2 приведены классы трещиностойкости для сохранения несущей способности арматуры:

Условия эксплуатации конструкций Категория требования к трещиностойкости жб конструкции и максимально допустимая ширина acrc1 и acrc1 раскрытия трещин, в мм,  обеспечивающие сохранность арматуры
стержневой классов А-I, А-II, А-III, А-IIIв и A-IV; проволочной классов В-I и Вр-I стержневой классов А-V и АVI; проволочной классов B-II, Вр-II, К-7 и К-19 при диаметре проволоки 3,5 мм и более проволочной классов В-II, Вр-II и К-7 при диаметре проволоки 3 мм и менее, стержневой класса Ат-VII
1. В закрытом помещении 3-я категория;

acrc1 = 0,4;

acrc2 = 0,3

3-я категория;

acrc1 = 0,3;

acrc2 = 0,2

3-я категория;

acrc1 = 0,2;

acrc2 = 0,1

2. На открытом воздухе, а также в грунте выше или ниже уровня грунтовых вод 3-я категория;

acrc1 = 0,4;

acrc2 = 0,3

3-я категория;

acrc1 = 0,2;

acrc2 = 0,1

2-я категория;

acrc1 = 0,2

3. В грунте при переменном уровне грунтовых вод 3-я категория;

acrc1 = 0,3;

acrc2 = 0,2

2-я категория;

acrc1 = 0,2

2-я категория;

acrc1 = 0,1

Приведенные категории трещиностойкости актуальны для нормальных и наклонных трещин к оси конструкции или элемента.

Оставьте ответ

Введите свой комментарий
Введите имя