3. Усадка бетона. От чего зависит? Физическая основа. Начальный модуль упругости. Местное смятие бетона.

Усадка - это свойство бетона самопроизвольно уменьшаться в объеме (укорачиваться во всех направлениях) в процессе твердения и набора прочности в воздушной среде. Усадке подвергается не весь бетон, а только цементный камень. Уменьшаясь в объеме, он сжимает встречающиеся препятствия (крупный заполнитель, арматуру), от которых, в свою очередь, получает реакции противодействия. Следовательно, в препятствии возникают сжимающие, а в цементном камне растягивающие напряжения. Последние приводят к появлению усадочных трещин. Чем меньше защитный слой бетона и чем больше диаметр арматуры, тем больше вероятность образования усадочных трещин на поверхности бетона. Если в обычной арматуре усадка вызывает сжимающие напряжения, то в преднапряженной приводит к уменьшению (потерям) растягивающих напряжений.

Обычно усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года. В дальнейшем она 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.

Неравномерное высыхание бетона приводит к неравномерной усадке и образованию трещин на его поверхности. Предотвратить появление усадочных трещин модно путем правильного подбора состава бетонной смеси, увлажнения открытых поверхностей бетонных конструкций, устройства деформационных швов или постановкой специальной противоусадочной арматуры.

Усадка бетона зависит от ряда причин:

• Количества и вида цемента – чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка

• Количества воды – чем больше W/C, тем больше усадка

• Крупности заполнителей – при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше

Физическая основа усадки

Усадка бетона связана с физико-химическими процессами твердения и уменьшения объема цементного геля, потерей избыточной воды на испарение, на гидратацию с еще непрореагировавшими частицами цемента.

Начальные напряжения, возникающие под влиянием усадки бетона, не фигурируют непосредственно в расчете прочности железобетонных конструкций; их учитывают расчетными коэффициентами, охватывающими совокупность характеристик прочности.

Начальный модуль упругости

Бетон – материал упруго-пластичный, это означает, что при действии внешней нагрузки его деформации состоят из двух частей: упругой _el (обратимой) и пластической _pl (необратимой). Причем по мере роста напряжений доля _pl возрастает (рис.1). Отсюда ясно, что модуль упругости бетона соответствует только начальному участку диаграммы сжатия и растяжения, когда деформации еще можно считать упругими, – его и называют начальным модулем упругости: Е_b = _b/_el =tg_o. (тангенс угла наклона кривой).

Начальный модуль упругости соответствует упругим деформациям при мгновенном нагружении и равен тангенсу наклона кривой σ_b – ε_b в начале координат.

Смятие - это приложение нагрузки не по всей площади поперечного сечения, а только по ее части, что более опасно, так как вызывает высокую концентрацию напряжений в бетоне, приводит к образованию местных трещин и преждевременному разрушению. Смятие материала начинается тогда, когда интенсивность напряжений достигает величины предела текучести материала. Сопровождается, как правило, остаточными деформациями материала (его обмятием). Смятие возникает в местах опирания конструкций и в зонах контакта сжатых элементов. Для уменьшения напряжений смятия, а главное — остаточных деформаций осуществляют различные конструктивные мероприятия, обеспечивающие распределение передаваемого сжимающего усилия по большей площади (например, при помощи шайб, подкладок, подушек). Одно из наиболее эффективных средств уменьшения обмятия — использование в зонах контакта вкладышей, прокладок и т. п. деталей из материалов более прочных, чем материал основной конструкции. Если прочность не обеспечивается, то в зоне действия напряжений смятия устанавливают сетки косвенного армирования (не менее двух), шаг которых и размеры ячеек зависят от размеров меньшей стороны сечения элемента.