3. Усадка бетона и начальные напряжении

Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объеме при твердении в воде (набухание бетона). Бетоны, приготовленные на специальном це­менте (расширяющемся или безусадочном), не дают усадки. Усадка бетона, как показывают опыты, зависит от ряда причин: 1) количества и вида цемента — чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка, при этом высокоактивные и глиноземистые це­менты дают большую усадку: 2) количества воды — чем больше W/С, тем больше усадка; 3) крупности заполни­телей— при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше.

Влияние заполнителей на уменьшение усадки тем сильнее, чем выше их способность сопротивляться дефор­мированию, т. е. чем выше их модуль упругости. При разной крупности зерен заполнителей и меньшем объеме пустот меньше и усадка. Различные гидравлические до­бавки и ускорители твердения (например, хлористый кальций), как правило, увеличивают усадку.

Обычно усадка бетона происходит наиболее интенсив­но в начальный период твердения и в течение первого года, в дальнейшем она постепенно затухает. Скорость усадки зависит от влажности окружающей среды — чем меньше влажность, тем больше усадочные деформации и выше скорость их роста. Усадка бетона под нагрузкой при длительном сжатии ускоряется, а при длительном растяжении, наоборот, замедляется.

Усадка бетона связана с физико-химическими про­цессами твердения и уменьшения объема цементного ге­ля, потерей избыточной воды на испарение во внешнюю среду, на гидратацию с еще непрореагировавшими час­тицами цемента. По мере твердения цементного геля, уменьшения его объема и образования кристаллических сростков усадка бетона затухает. Капиллярные явления в цементном камне, вызванные избыточной водой, также влияют на усадку бетона — поверхностные натяжения менисков вызывают давление на стенки капилляров, и происходят объемные деформации.

Усадке цементного камня в период твердения бетона препятствуют заполнители, которые становятся внутрен­ними связями, вызывающими в цементном камне началь­ные растягивающие напряжения. По мере твердения геля, образующиеся в нем кристаллические сростки становят­ся такого же рода связями. Неравномерное высыхание бетона приводит к неравномерной его усадке, что в свою очередь, ведет к возникновению начальных усадочных напряжений. Открытые, быстрее высыхающие поверхностные слои бетона испытывают растяжение, в то время как внутренние, более влажные зоны, препятствующие усадке поверхностных слоев, , оказываются сжатыми. Следствием таких начальных растягивающих напряже­ний являются усадочные трещины в бетоне.

Начальные напряжения, возникающие под влиянием усадки бетона, не учитывают непосредственно в расчете прочности железобетонных конструкций; их учитывают расчетными коэффициентами, охватывающими совокуп­ность характеристик прочности, а также конструктивны­ми мерами — армированием элементов. Уменьшить на­чальные усадочные напряжения в бетоне можно техно­логическими мерами — подбором состава, увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, ув­лажнением поверхности бетона и др., а также конструк­тивными мерами - устройством усадочных швов в конструкциях.