5 важнейших причин растрескивания бетона
Растрескивание бетона влияет не только на внешний вид зданий, но и на безопасность их конструкции и срок службы. Это явление вызывается 5 важнейшими причинами, включая усадку при высыхании, самоусадку, пластическую усадку, термическую усадку и автогенную (химическую) усадку.
1. Усадка при сушке, вызванная потерей воды
Усадка при высыхании в основном происходит, когда вода, находящаяся в капиллярных или гелевых порах бетона, теряется в ненасыщенной воздушной среде. Высокоэффективный бетон менее склонен к высыханию по сравнению с обычным бетоном из-за своей низкой пористости. Однако суммарный эффект усадки при высыхании приобретает в массовом бетоне серьезную силу. Потеря воды в бетоне подобна потере воды в человеческом теле, что приводит к изменениям во внутренней структуре. Когда напряжение, возникающее в результате этих изменений, превышает предел прочности бетона на растяжение, могут появиться трещины.
2. Пластическая усадка при начальном затвердевании
Пластическая усадка наблюдается на стадии пластика до затвердевания. Высокоэффективный бетон имеет низкое соотношение воды и геля, меньшее количество свободной воды и тонкодисперсные минеральные добавки, которые более чувствительны к воде, то есть они не выветриваются и быстро теряют воду. Благодаря этому высокоэффективный бетон чаще страдает от пластической усадки. Бетон теряет воду на поверхности до полного схватывания, оставаясь в стабильном пластичном состоянии внутри. Такая разница создает растягивающее напряжение на поверхности. Как только напряжение становится больше растягивающего, появляются трещины. Хотя они довольно тонкие, они многочисленны и плотно распределены по поверхности бетона.
3. Самоусадка - виноваты изменения влажности
Самоусадка происходит, когда в замкнутой внутренней структуре бетона одновременно с гидратацией цемента снижается влажность. В результате в порах образуется ненасыщенная вода. В результате создается отрицательное давление, что приводит к самоусадке бетона. Из-за низкого соотношения воды и геля высокоэффективный бетон может иметь более высокую прочность на ранней стадии и более быструю потерю воды. Относительная влажность поровой системы составляет менее 80 процентов. В то же время плотная структура высокоэффективного бетона препятствует проникновению влаги извне и тем самым усугубляет самоусадку.
4. Тепловая усадка - повреждение в результате теплового расширения
Для больших объемов бетонных проектов, требовательных к прочности, требуется гораздо больше цемента. Это приводит к увеличению количества тепла гидратации и более быстрому нагреву системы до температуры около 35-40℃. Помимо начальной температуры, самая высокая температура может превышать 70-80℃. Бетон обладает свойствами теплового расширения и холодного сжатия, а коэффициент теплового расширения (CTE) составляет 10×10-6/℃. При понижении температуры на 20-25℃ можно рассчитать холодную усадку около (2 - 2,5)×10-4, в то время как предельное значение растяжения бетона составляет всего 1 - 1,5×10-4. Таким образом, напряжение, вызванное холодной усадкой, может легко превысить предел прочности бетона на растяжение. Вследствие этого появляются трещины, которые распространяются от поверхности к внутренней части бетона, серьезно нарушая его структуру.
5. Аутогенная усадка - побочный эффект гидратации
Автогенную усадку также называют химической усадкой. В процессе гидратации цемента абсолютный объем системы цемент-вода уменьшается и образует множество пор. Однако в высокоэффективном бетоне гидратация может быть ограничена из-за более низкого отношения воды к гелю и дополнительных тонкодисперсных минеральных добавок. Таким образом, химическая усадка будет меньше, чем в обычном бетоне. Однако трещины, образовавшиеся в результате автогенной усадки, все равно оказывают влияние на микроскопическую структуру бетона. В сочетании с другими факторами она также может послужить толчком к образованию трещин.
Помимо вышеперечисленных факторов, еще одной основной причиной растрескивания бетона является напряжение температурного сжатия. Это напряжение вызвано колебаниями температуры и усадкой, которая происходит, когда большой объем цемента, используемого в массовом бетоне, выделяет тепло гидратации.
Профилактика и контроль - как бороться с растрескиванием бетона
1. Оптимизируйте соотношение бетонной смеси
- Цемент
- Отдавайте предпочтение цементам с низким и средним тепловыделением для снижения теплоты гидратации.
- Ограничение количества цемента при сохранении прочности и эксплуатационных характеристик бетона, снижение повышения температуры.
- Агрегаты
- Выбирайте высококачественный заполнитель с умеренным размером частиц.
- Для уменьшения усадки бетона используйте больше заполнителя и меньше цементного раствора. Например, хорошо просеянные заполнители и средний песок могут эффективно увеличить плотность бетона.
- NOVASTAR Поликарбоксилатный суперпластификатор (PCE) является высокоэффективным водоредуцирующим агентом и хорошо растворим в воде. Он может улучшить текучесть бетона и уменьшить количество цемента без увеличения расхода воды. Низкая дозировка этого водоредуцирующего агента может обеспечить хорошую текучесть бетона. Кроме того, содержание хлорид-ионов и щелочи в Поликарбоксилатный суперпластификатор (PCE) довольно низкая, что делает бетон более прочным.
2. Улучшить процесс строительства
- Заливайте цемент слоями или секциями, чтобы контролировать толщину слоя и скорость заливки. Это поможет равномерно распределить тепло внутри бетона и избежать теплового напряжения или температурных градиентов.
- Уплотните бетон, чтобы обеспечить идеальную плотность и тем самым предотвратить растрескивание бетона.
- После заливки бетона накройте его влагоизолирующим материалом, например, полиэтиленовой пленкой, чтобы уменьшить испарение влаги и растрескивание.
- Контролируйте температуру внутри и снаружи бетона, распыляя воду на поверхность. Это позволяет контролировать температуру бетона и снижать тепловой стресс.
