24. Причины возникновения деформаций в бетоне. Способы повышения трещиностойкости

Деформативные свойства бетона зависят от его структуры, состава,

свойств составляющих, условий твердения бетона и эксплуатации конст-

рукций. Деформации в бетоне условно можно разделить на собственные,

механические и температурные. Собственные деформации наблюдаются 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. Влажностные изменения могут со-

провождаться расширением цементного камня при насыщении водой и

усадкой – в результате ее испарения.

Контракционная и карбонизационная деформации увеличивают-

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 деформации зависят 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 нагружении он 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.

Температурные деформации в бетоне возникают вследствие раз-

ных 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 увеличением 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.