Усадка бетона в процентах

Показатель определяет, на сколько процентов снижен первоначальный объем или линейность конструкции за период, отведенный на набор прочности. Допустимая усадка бетона по ГОСТу 24544-81 до 3 %, средняя около 1,5 %.

Показатель определяют, суммируя периоды застывания массы и набора прочности.

• Пластическая усадка бетона при заливке, 4 мм/м
• Аутогенная усадка – первая неделя, «молодой» бетон садится на 1 мм/м.
• Бетон дает усадку в течение года до 5мм/м.

Линейные размеры при суммировании и переводе в объемные устанавливаются для разных марок бетона. На основании испытаний регламентируется коэффициент усадки бетона в ГОСТ.

Расчет потребности смеси с учетом усадки бетона ведут по формуле V=H*S*K, где:

• V – объем изделия,
• S – площадь поверхности,
• Кус –коэффициент усадки бетона.

Принято коэффициент принимать 1,1. Это означает, расход раствора бетона на 10 % больше чем объем готового изделия, с учетом потерь и усадки.

Факторы, вызывающие усадку бетона

В процессе твердения бетонной массы в ней происходят физико-химические процессы, меняющие структуру. Усадка – следствие этих изменений. Она продолжается во время и после затвердения бетона, что необходимо учитывать, создавая конструкции.

Виды процессов, приводящих к усадке бетона при высыхании:

• удаление влаги;
• карбонизация;
• контракционная усадка.

Установлено, у цемента зернистая основа и вода проникает вглубь постепенно, образуя гидросиликаты. Для гидратации требуется длительный период, исчисляемый неделями. В это время вода из поверхностного слоя испаряется, и появляются усадочные трещины, снижающие прочность бетона. Испарение влаги из внутренних слоев происходит, если капилляры между зернами меньше 0,1 мкм.

Контракционная усадка – стягивание массы, в результате гидратации. Происходит в свежем бетоне, за счет образования годрогеля кальция.

Карбонизация – химическая реакция Ca(OH)2 + CO2 = Ca CO3 + H2O. В результате получается известняк, а вода вытесняется по капиллярам. Материал уплотняется, что приводит к воздушной усадке бетона.

Уменьшение линейных размеров продолжается до полутора лет, что следует учитывать при строительстве. Чтобы стабилизировать процесс, уменьшить время усадки бетона, массу армируют, увеличивая прочностные качества монолита. Одновременно используется смесь с присадками, заливка массы под давлением с вибрацией для сведения усадки до ничтожного.

Коэффициент усадки бетона

Базовые причины, вызывающие изменение объема строительных смесей:

• испарение воды из поверхностного слоя и толщи раствора;
• контракционное стягивание, возникающее при взаимодействии компонентов цементной смеси с водой;
• карбонизация, происходящая из-за взаимодействия раствора с углекислым газом и приводящая к формированию карбоната кальция.

Из-за естественных, природных причин и химических реакций происходят изменения.

Существует градация усадки по времени возникновения:

1. Пластическая усадка, происходящая на протяжении 8 часов после заполнения опалубки. Затем снижающаяся до значений, не оказывающих влияния на прочность бетонного основания. Возникает из-за удаления воды в атмосферу, грунт и опалубку из дерева. Для устранения негативного явления монтируют гидроизоляционный слой и предусматривают опорную плиту из тощего бетона. Показатель измеряется в процентах, но застройщики принимают допустимое значение на уровне 4 мм на 1 м бетонной конструкции.
2. После затвердевания раствора до прочности, составляющей 50-70% от марочного значения, начинается усадка бетона со временем или аутогенный процесс. Деформации достигают до 1 мм на 1 м, при строительстве частных домов параметр не учитывают. Усадка продолжается на протяжении 28 суток при соблюдении стандартных внешних условий, вызывает образование микроскопических трещин в массивных конструкциях.
3. Корректировка объема застывшего бетона продолжается на протяжении 90-120 суток после заполнения опалубки. Ранее при использовании стандартной цементной смеси монолитную плиту выдерживали до 6-8 месяцев, а затем начинали возводить фундамент и стены. Применение специальных присадок и установка армирующей сетки позволяют минимизировать коэффициент усадки застывшего материала, ускоряя постройку дома.

Применяя специальное оборудование при заливке можно снизить усадку.

Расчет усадки бетона осуществляют на основании нормативов и методических алгоритмов, имеющихся в стандартах ГОСТ 24544-81 и СП 63.1330.2012 (развитие документа СНиП 52-01 в редакции от 2003 г.). Для расчета коэффициента усадки бетона при заливке по СНИП используют брошюру, разработанную и принятую НИИ бетона и железобетона в 2014 г, посвященную ползучести бетонных смесей,

Поскольку методики требуют проведения анализа грунта и определения внешних факторов, то научные расчеты производят перед началом строительства многоэтажных домов. Для грубой оценки (например при возведении коттеджа) принимают коэффициент в пределах 0,97-1,0%, соответствующий линейной деформации бетонной подушки в диапазоне от 0,2 до 0,4 мм на каждый метр.

Деформация

В современном строительстве применяют минеральные добавки к бетону, которые позволяют деформации и усадку свести к минимуму. Благодаря применению этих добавок в процессе затвердевания осуществляется увеличение линейных размеров кристаллов цемента. Бетону придают высокую водонепроницаемость, прочность, обеспечивая долговечность конструкции.

Благодаря применению добавок удается уменьшить показатели растяжения на изгиб, проницаемость, устранить деформации. Конкретный тип и объем добавок определяют индивидуально.

Первичная и вторичная стадии

Усадка бетона может происходить на двух стадиях. Первичная – когда раствор находится еще в жидком либо пластичном состоянии и наблюдается уход влаги через опалубку либо посредством впитывания в основание дороги, испарением. Вторичная усадка наблюдается в процессе высыхания и твердения состава.

Первичный тип усадки может быть уменьшен за счет правильной системы ухода за бетоном, выбором основания, корректным монтажом опалубки. Проведя все необходимые мероприятия, первичную усадку можно легко уменьшить. Вторичная же деформация необратима, даже изменение влажности бетона все равно не придаст первоначальных параметров.

Немаловажно помнить о том, что усадка отдельных элементов бетонной конструкции может проходить по-разному. Так, если бетонная панель быстро теряет влагу из-за нагревания внутри, под воздействием атмосферы, то после заливки фундамента массивных конструкций высыхание будет происходить намного медленнее, как и усадка. Это может стать причиной появления внутренних напряжений, ведущих к трещинам.

Из-за прохождения химических реакций в верхних слоях может наблюдаться дополнительная деформация между углекислым газом воздуха и известью. Воздух выделяется в процессе гидратации цементного раствора, а сама реакция элементов называется карбонизацией, что также увеличивает общую усадку поверхности.

Основные виды

Виды усадки бетона зависят напрямую от этапа выполнения работ и состава раствора. Основной причиной появления трещин становится влага, поэтому и виды усадки зависят от того, на каком этапе уходит или появляется влага, как она взаимодействует с входящими в состав материалами. Усадка бывает пластической, аутогенной (молодого бетона), происходящей при высыхании (зрелого бетона).

Причины образования

Усадка может происходить как из-за испарения влаги из раствора, так и по причине действия определенных капиллярных сил в самой структуре цемента. Когда из капилляров диаметром меньше 200 нанометров уходит вода, происходит их сужение, материал уплотняется, деформируется.

Так или иначе, но влага имеет самое важное значение при прохождении процессов усадки. И важна она как в качестве внешнего воздействия, так и как составная часть самого цемента. Стоит помнить, что усыхание в процессе твердения максимально, если в составе есть большая доля алюминатов. Чтобы снизить показатель, используют цементы алитового типа, в которых образуется гидрооксид кальция и усадка минимальна.

Основная причина уменьшения размеров бетонного монолита – химическое взаимодействие между цементом и водой. Логично, что чем меньше этих веществ будет включено в состав, тем меньше будет значение усадки. Поэтому при работе с высокопрочными марками фактор учитывают обязательно.

Обычно все деформации наблюдаются в первые 3-4 месяца – в среднем линейное уменьшение размеров равно 2 миллиметрам на метр. Потом процесс замедляется в несколько раз. Во многом усадка бетона зависит от модуля упругости, который определяется такими моментами: вид вяжущего вещества, тип наполнителя, их соотношение в растворе.

Тяжелые типы дают меньше усадки, чем легкие (они пористые и усадка может достигать 1 сантиметра на метр). Тут работает правило: чем меньшего размера элементы заполнителя, тем меньше усадки даст приготовленный на его базе раствор.

Что представляет собой осаждение

Даже самый качественный бетон склонен осаждаться. Полностью избежать этого явления невозможно. Усадка бетона это явление, при котором залитая масса изменяет в процессе схватывания свои размеры и конфигурацию. В процессе ее происходит уплотнение и затвердевание бетона. Большое значение имеет то, что на интенсивность и величину ее могут влиять факторы физической и химической природы.

Схватывание бетона в зависимости от его марки и наличия специальных добавок происходит в течение нескольких десятков минут или часов. Зачем же требуется определять возможную величину усадки бетона в ходе строительных работ?

Ответ довольно прост. Это необходимо для того, чтобы правильно рассчитать толщину бетона. Последний используется главным образом при заливке фундаментов, строительстве дорог, бетонных дорожек. Во всех случаях залитая поверхность должна иметь определенную толщину и форму. От этого зависит прочность и долговечность конструкции. В силу всего этого расчет коэффициента осаждения нужен для того, чтобы правильно залить бетон. В этом случае он должен быть с запасом. Расчетный и фактический показатель толщины и формы бетона должны совпадать. В противном случае избыток бетона будет непросто убрать, а недостаток сложно восполнить.

Вернуться к оглавлению

Какой бывает усадка бетона

Коэффициент осаждения это величина, которая указывается в нормативных документах по строительству. Рассматриваемый коэффициент во многом зависит от качества приготовления бетонной смеси. Усадка бетона в зависимости от временных параметров бывает следующих типов:

• пластическая,
• молодого бетона,
• зрелого бетона.

Пластическая усадка бетона.

В первом случае усадка наблюдается еще до момента полного затвердения. В строительной сфере имеется такое понятие, как проектный возраст бетона. Эта величина составляет 28 дней и свидетельствует о полном его затвердении и пригодности для дальнейших строительных работ. Усадка молодого (твердеющего) бетона появляется до этого срока. Кроме того, изменение размеров материала может проявляться и в более поздние сроки (позднее 28 дня).

Немаловажное значение имеет классификация в зависимости от этиологического фактора. В данной ситуации выделяют контракционную и влажностную. Что же касается пластической усадки, то она входит в понятие влажностной. Контракционный тип еще называют стяжением бетона. Основная причина этого явления химическое взаимодействие компонентов (воды и минеральных веществ). Важно то, что подобная усадка приводит к повышению количества пор в материале, что снижает его эксплуатационные характеристики.

Влажностный тип имеет свои отличительные черты. Она развивается в процессе высушивания бетонной смеси. В результате всего этого количество воды в бетоне резко уменьшается и он дает усадку. Она имеет наибольшее значение, нежели предыдущая. На самом раннем этапе уменьшения количества влаги можно наблюдать пластическую усадку. Она в большинстве случаев наблюдается в первые полчаса с момента заливки бетона. Важно, что на величину коэффициента усадки влияет наличие или отсутствие арматуры, количество в жидком бетоне воды.

Вернуться к оглавлению

Коэффициент усадки материала

Коэффициент это показатель, отражающий изменение объема относительно первоначального в процессе заливки.

Усадка молодого бетона.

Измеряется он в процентах. Оптимальным считается коэффициент менее 1,5%. Во всех остальных случаях подобный коэффициент указывает на значительные изменения в структуре бетона. В ряде случаев высокий коэффициент усадки является фактором риска появления трещин и других дефектов в залитом строительном материале. Нужно помнить, что коэффициент зависит и от марки бетонной смеси. Чем выше последняя, тем меньше будет коэффициент.

Среднее значение коэффициента на сегодняшний день находится в пределах от 0,97 до 1. Подобных цифр довольно сложно добиться непрофессионалу, который не имеет большого опыта в приготовлении бетонного раствора. Высокий коэффициент может быть следствием неправильного вибрирования смеси. Нередко коэффициент увеличивается настолько, что в последующем приходится наращивать бетон в месте усадки. Все это чревато снижением его несущей способности и порчей. Кроме того, процесс наращивания занимает значительное количество времени, что очень важно при возведении зданий и сооружений.

Вернуться к оглавлению

Абсолютная величина усадки

Абсолютная величина усадки бетона.

Коэффициент усадки позволяет оценить возможные потери. Наряду с ним строителям необходимо знать точные цифры в перерасчете на толщину залитого бетона. В нормальных условиях величина усадки бетонной смеси составляет около 0,2-0,4 мм/м. На первый взгляд, показатели очень незначительны. Но если учесть площадь залитой смеси и ее полную толщину (нередко она достигает нескольких метров), то величина будет ощутимой. В отношении жидкого цемента цифры будут совсем другие. В обычных условиях при твердении цемента усадка составляет 3-5 мм/м.

В процессе возведения того или иного здания работниками должна составляться смета. Она включает в себя различные расчеты, в том числе расчет коэффициента усадки. Не нужно забывать про то, что даже при полном твердении смеси усадка имеет место. В процессе эксплуатации сооружений на материал оказывает влияние атмосферный воздух (углекислота) и атмосферные осадки. Большое значение имеет резкое изменение температуры. Коэффициент повышается чаше при отрицательных температурах. При этом может изменяться длина залитого бетона. Абсолютные величины усадки могут достигать нескольких сантиметров.

Вернуться к оглавлению

Причины повышения коэффициента усадки

Коэффициент изменения объема бетона.

Коэффициент изменения объема залитого материала может увеличиваться вследствие нескольких причин. Во-первых, основным предрасполагающим фактором является некачественное приготовление бетонной смеси. Здесь учитывается показатель пропорции цементного порошка, щебня (гравия), песка и воды. Во-вторых, большое значение имеет марка приготовленного бетона. В-третьих, еще одним фактором, влияющим на покрытие при его затвердении, является влажность поверхности. Установлено, что оптимальная величина влажности составляет 55-70%. Если влажность низкая, то коэффициент будет более высоким, а материал начнет постепенно прессоваться.

В-четвертых, имеется определенная зависимость между плотностью (тяжестью) смеси и коэффициентом усадки. Коэффициент тем выше, чем меньше масса бетонного раствора. В-пятых, усадка в большей степени выражена у тех конструкций, где отсутствует армирование, то есть нет жесткого каркаса внутри бетонного раствора. Опытные застройщики знают, что одним из этапов приготовление бетонной смеси является обработка его специальной вибрирующей установкой. Она необходима для того, чтобы убрать излишки воздуха из раствора. При ее отсутствии повышается пористость материала и снижается его прочность, что в результате и дает усадку.

Вернуться к оглавлению

Способы устранения или уменьшения усадки бетонной конструкции

Меры, позволяющие снизить усадочные процессы и предотвратить их негативные последствия:

• Определение оптимального состава бетонной смеси – номенклатуры используемых компонентов, водоцементного соотношения, процентного содержания вяжущего и заполнителей.
• Применение цементов алитового типа, которые обеспечивают меньшую усадку, по сравнению с алюминатными цементами.
• Обеспечение нормальных температурно-влажностных условий твердения бетонного элемента.
• Вибрирование бетонной смеси после заливки, позволяющее избавиться от лишнего воздуха.

• Применение расширяющих цементов и присадок, снижающих усадочные процессы. К таким присадкам относятся пластификаторы, которые вступают в реакцию с водой, расширяются и равномерно распределяют напряжения.

• Строитель с 20-летним стажем
• Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Виды усадки бетона и причины их возникновения

По времени появления и развития различают следующие виды усадочных процессов:

• Ранний (капиллярный, пластический). Этот вид усадки протекает в течение 2-8 часов после заливки и уплотнения бетона. Происходит из-за потери бетонной смесью воды под воздействием яркого солнца, ветра, высоких температур окружающей среды. Вода из бетонной смеси может вытекать через неплотно соединенные элементы опалубки. Величина ранней усадки – 0-4 мм/метр. Для снижения усадки бетона после вибрирования бетонную поверхность во время высыхания увлажняют. Особенно часто это делают в первые часы после заливки. Уменьшить раннюю усадку позволяет корректный монтаж опалубки.
• Аутогенный. Его начало совпадает с началом схватывания. Процесс возникает в «молодом» бетоне и может длиться от нескольких дней до нескольких недель, пока материал затвердевает и набирает марочную прочность. Происходит в результате гидратации цемента в смесях с водоцементным соотношением ниже 0,45. Величина усадки небольшая – 0-1 мм/м.
• При высыхании. Начинается в момент прекращения ухода за бетонной конструкцией, может длиться от нескольких недель до нескольких лет. Причиной протекания процесса является низкая относительная влажность окружающего воздуха. В зависимости от ее значения усадка бетона при высыхании составляет – 0-5 мм/м. В современном строительстве проблема возникновения и протекания этого процесса решается введением минеральных добавок и грамотным армированием.

Уменьшение линейных размеров конструкции может продолжаться до полутора лет. Но наиболее интенсивно этот процесс проходит в первые 3-4 месяца, а затем значительно замедляется.

Виды усадки

Коэффициент усадки отличается для различных периодов «старения» бетона. Специалисты выделяют 3 вида, отличающиеся собственными особенностями:

• Пластическая;
• Аутогенная;
• Усадка при высыхании.

Особенности каждого вида предусматривают подробное рассмотрение. С его помощью даже новичок разберется в сложных моментах, с которыми приходится столкнуться во время работы.

Пластическая

В процессе схватывания сразу проявляется пластическая усадка. Она протекает всего на протяжении 8 часов после укладки, а впоследствии не учитывается. Ее причина постепенное удаление воды из толщи строительной смеси. При этом максимальные показатели усадки могут достигать 4 мм на 1 м высоты. Такие данные заставляют заранее пересчитывать объем при заливке фундамента большой площади.

Аутогенная

Аутогенная усадка свойственная для «молодого» бетона. Она проявляется в процессе затвердевания, пока материал набирает прочность. Ее показатели составляют 1 мм на 1 м высоты, поэтому часто остаются без внимания. Самовысыхание происходит медленно, так что разница остается без внимания. При работе с крупными объектами такое невнимание недопустимо. Изменение основных геометрических характеристик может привести к микротрещинам, которые необходимо учитывать в строительстве.

Усадка при высыхании

ГОСТ усадку бетона указывает незначительную, но с «возрастом» материал может терять до 5 мм на каждый метр высоты. Причиной этого является постепенная усадка, длящаяся годами. Раньше из-за нее специалисты предлагали оставлять фундамент на 1 год, а потом приступать к строительству здания. Сегодня тратить столько времени не нужно, полезнее правильно выполнить армирование и заказать качественную смесь напрямую от производителя.

Конус усадки бетона обязательно нужно оценивать. Этот показатель позволяет оценить возможные потери в размерах фундамента, способные повлиять на возведение здания. ГОСТы указывают определенные данные, влияющие на расчеты профессионалов. Так что на них нужно обратить внимание, учитывая возможные потери, связанные с иными факторами.

Методы устранения или уменьшения усадки

Так как же повлиять на это свойство и не допустить разрушения или брака конструкции. Существует ряд методов:

• качественный контроль состава бетонной смеси (наличие плотных заполнителей и уменьшение количества пористых снижают возможность усадки бетона)
• количественный контроль состава (чем больше заполнителей и меньше цементного камня, тем меньше усадка)
• применение цементов алитового типа (влияют на химическое взаимодействие цемента и воды, уменьшая усадку)

Однако по качественному составу заполнителей есть момент, который нужно учесть. В случае если вероятно появление усадочных напряжений, желательно использовать именно пористые заполнители в поддержание целостности цементного камня и во избежание трещин. Сейчас также применяются особые составы цементов, которые при реакции с водой начинают расширяться, тем самым компенсируя уплотнение, уменьшение объёма и сводят усадку к минимуму.

Основные виды

В зависимости от времени усадка бетона происходит:

• до застывания смеси;
• параллельно со схваткой;
• после затвердения работы.

По факту причин возникновения усадку подразделяют на:

• происходящую в результате гидратации, когда внутри цементного камня возникает химическая реакция между исходными составляющими;
• проявляющуюся посредством физического, а также физико-химического воздействия, которые способствуют испарению влаги в процессе сушки строительной смеси.

До застывания раствора усадка осуществляется за первые 4-6 часов после заливания смеси. Данный процесс происходит, если влага способна быстро улетучиться из свежезалитой смеси. Толщина деформирования составляет около 3 мм на 1 м, и соответствует объему испарившейся влаги. Такого рода оседание нельзя допускать, потому как такой процесс приведет к перемене качеств бетонной строительной смеси в худшую сторону.

Когда не происходит никаких изменений в погодных условиях, бетон оседает довольно долго.

Расчет усадочных изменений в планировании строительства

Законодательные документы регламентируют допустимые показатели усадки бетонного раствора. В строительстве, ремонте зданий и сооружений необходимо использовать бетонные смеси с показателями в установленных пределах. Чтобы исключить неприятные последствия усадочных изменений, рекомендуется заранее с помощью расчетов оценить возможные изменения в объеме.

Прежде чем приступить к строительству, необходимо учесть коэффициент усадки бетона — это показатель изменения полученного объема относительно объема при заливке бетона. Большой коэффициент усадки бетонного раствора говорит о низком качестве, что приводит к возникновению дефектов и влияет на долговечность конструкции. Оптимальным значением усадки является показатель равный 0,97-1,0 %.

Умение пользоваться расчетными данными по усадке позволяет в итоге получить точные размеры и конфигурацию бетонной конструкции после полного затвердения, обеспечивая тем самым прочность на долгие годы службы.