1.3. Усадка бетону
Властивість бетону зменшуватися в об’ємі при тужавленні в повітряному середовищі називається усадкою.
Усадка залежить від кількості та виду цементу (чим більше цементу – тим більша усадка; високоактивні цементи дають більшу усадку), крупності заповнювача (при дрібнозернистих пісках усадка більша), водоцементного відношення В/Ц (чим більше В/Ц — тим більша усадка), хімічних добавок (прискорювачі тужавлення бетону збільшують усадку) і пористості (чим менша пористість – тим менша усадка).
Найінтенсивніше усадка бетону проходить у початковий період тужавлення і з часом припиняється.
Швидкість усадки, в першу чергу, залежить від вологості — чим менша вологість, тим більші усадочні деформації і більша швидкість їх зростання.
Усадка бетону під навантаженням при стисканні прискорюється, а при розтяганні — сповільнюється.
Усадка бетону пов’язана з фізико-хімічним процесом тужавлення та зменшенням при цьому об’єму цементного гелю. На неї впливає також надлишкова вода, яка випаровується і йде на гідратацію з малоактивними частинками цементу. З часом тужавлення гелю припиняється і припиняється усадка.
Крупний та дрібний заповнювачі, які мають більший модуль пружності, протистоять вільному зменшенню об’єму цементного каменю. Нерівномірне висихання бетону веде до нерівномірності його усадки і викликає початкові усадочні напруження. Відкриті поверхні бетону висихають швидше, а внутрішні об’єми залишаються більш вологими. Отже у поверхневих шарах бетону буде виникати розтяг, а у його внутрішніх шарах — стиск. Як наслідок такого явища — поява усадочних тріщин в бетоні.
Початкові напруження від усадки бетону безпосередньо в розрахунках ЗБК не враховують. Розтягувальні зусилля від усадки сприймає конструктивна та монтажна арматури.
Зменшити усадку можна за допомогою технологічних заходів — зволожування бетону, термообробка тощо. У великорозмірних ЗБК передбачають усадочні шви, які, як правило, співпадають з температурними.
1.4. Основи міцності бетону
Бетон — неоднорідний матеріал, тому під впливом зовнішнього навантаження в ньому виникає складний напружено-деформований стан. Розглянемо бетонну призму, що стискається силою N, і виділимо з неї нескінченно маленький об’єм (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема напруженого стану бетонного зразка при стисканні: а— концентрація напружень біля мікропор;б— тріщини розриву бетону в поперечному напрямку при осьовому стисканні
У виділеному об’ємі напруження концентруються на більш жорстких частинках, що мають більший модуль пружності. На площинках, що з’єднують ці частинки, виникають зусилля зсуву. В місцях, ослаблених порами та пустотами, напруження також концентруються. З теорії пружності відомо, що в стиснутому матеріалі з отворами навколо останніх виникає плоский напружений стан і розтягувальні напруження діють на площинках, паралельних стискувальній силі. В бетоні таких пор і пустот багато. Напруження навколо них сумуються і загалом в бетонній призмі виникають поздовжні стискальні і поперечні розтягувальні напруження.
Руйнування зразка відбувається в поперечному напрямку, що підтверджується експериментально. Спочатку виникають волосяні поздовжні тріщини. З часом вони ростуть і розкриваються. Об’єм призми ніби збільшується і при навантаженні, що відповідає межі міцності, зразок розсипається на окремі вертикальні призмочки.
Бетон — матеріал неоднорідний, тому зразки, виготовлені з одного замісу бетону, будуть мати різну міцність.
Експериментально встановлено, що міцність бетону залежить від зернового складу (його підбирають так, щоб об’єм пустот в суміші заповнювачів був найменшим), міцності заповнювачів та характеру їх поверхні (при шорсткій та кутоватій поверхні заповнювачів підвищується їх зчеплення з цементним розчином, тому бетони, виготовлені на щебені, мають більшу міцність, ніж бетони виготовлені на гравії), форми та розмірів зразка, умов тужавлення, виду напруженого стану, тривалості дії навантаження, технології виготовлення тощо.