Усадка – один из недостатков бетона. Процесс изменения объема конструкции при высыхании приводит к напряжению и образованию трещин. Полностью избежать его сложно, но существуют способы уменьшить негативные последствия деформации.
Классификация усадочных процессов
При твердении бетона происходит изменение его линейных размеров и объема. В условиях высокой влажности (100%) он набухает, а при низких значениях параметра – уменьшается. Набухание возникает при выдерживании материала в воде или при введении специальной добавки – гидросульфоалюмината кальция. Процесс характерен для расширяющихся цементов.
Усадка бетона происходит в результате образования кристаллов при гидратации и потери воды. Допустимый коэффициент составляет 1,5-3%. Но уже при 1% деформации возникают поверхностные трещины. Особенно такие процессы опасны для крупногабаритных конструкций.
СП 70.13330.2012 допускает на монолитной поверхности возникновение трещин с раскрытием 0,1 мм с наружной стороны зданий и 0,2 мм в защищенных от осадков местах.
По времени возникновения усадка бывает:
Пластическая
Первичная усадка происходит, когда смесь находится в пластичном состоянии. Допустимый размер линейного уменьшения размера конструкции – 4 мм на 1 м. Деформацию вызывает быстрая потеря значительного количества воды. Жидкость уходит из раствора по нескольким причинам:
- потери через опалубку (впитывание деревом, негерметичность формы);
- испарение с поверхности под действием высокой температуры и ветра, особенно при большой площади конструкции;
- уход влаги в основание.
Наибольшая интенсивность потери воды приходится на период после укладки и уплотнения – 30-90 минут. Влага быстро испаряется из верхнего слоя, не позволяя завершиться процессу гидратации. Появляются пластические трещины длиной 50-600 мм и шириной до 3 мм. Они поверхностные, но требуют скорейшего восстановления. Чтобы предотвратить негативные последствия пластической усадки, нужно использовать подбетонку, качественную опалубку с невпитывающей поверхностью, ухаживать за бетоном.
При обнаружении трещин на поверхности бетонной смеси до ее отвердения производится повторное вибрирование.
Аутогенная
Процесс не связан с внешними факторами, это внутреннее высыхание цементного теста. Он характерен для высокопрочных бетонов с низким водоцементным соотношением. Риск образования трещин приходится на 1-2 сутки твердения, когда материал не имеет достаточного модуля упругости. Показатели усадки – 1 мм на 1 м, для небольших конструкций они не имеют значения.
Усадочные процессы различной интенсивности могут протекать в бетоне в течение года. Этим объясняется откладывание строительства зданий после возведения фундамента и отсрочка отделочных работ. В гражданском строительстве такой график неприемлем, поэтому используются технологии, уменьшающие коэффициент усадки. К ним относится применение алитовых и безусадочных цементов, введение присадок, уменьшающих риск усадки.
По причинам возникновения деформацию делят на три вида:
Контракционная
Собственная усадка происходит в результате гидратации. Объем образовавшихся веществ оказывается меньше объема, который занимали минеральное вяжущее и вода. Контракция зависит от минерального состава цемента. Она сопровождается уменьшением водных пор и заменой их на воздушные. Процесс протекает на начальных этапах гидратации и бетонная масса пластична, поэтому растрескивание минимальное.
Влажностная
Потеря влаги из цементного камня является основной причиной усадочных процессов. Изменение объема материала, вызванное ею, в 5-10 раз больше, чем при контракционной усадке. Процесс характерен для твердеющего бетона. Он связан с испарением воды из капилляров цементного камня, геля и поверхности кристаллов. Усадка происходит при несоблюдении рекомендованного влажностного режима. Она частично обратима, если вовремя напитать бетон водой. Появление разрывов обычно наблюдается вдоль напряженной арматуры и на больших площадях монолитных конструкций.
Карбонизационная
Деформация развивается в затвердевшем материале, она начинается на поверхности и постепенно проникает внутрь. Процесс вызывает взаимодействие углекислого газа из атмосферы с продуктами гидратации цемента.
Последствия деформации
Последствия усадочной деформации зависят от места расположения и размера повреждений. ГОСТ 31937-2011 при классификации дефектов говорит, что хаотичные мелкие трещины на поверхности бетона, появившиеся в результате усадки, не ухудшают несущую способность конструкции, но снижают ее долговечность. Через них внутрь попадают газы, провоцирующие коррозию. Ржавеющая арматура растет в объеме, что приводит к дальнейшему расширению трещин. Также нарушение целостности может усугубляться при замерзании и оттаивании бетона. Трещины становятся глубже, происходит раскалывание конструкции.
Как избежать появления трещин
- Уменьшить водоцементное соотношение, для создания удобоукладываемой смеси использовать пластификаторы. Для реакции гидратации не нужно большое количество влаги, поэтому лить воду для облегчения укладки нецелесообразно.
- Откорректировать количество вяжущего вещества. Высокое содержание цемента не только улучшает прочность, но и увеличивает усадку. Лучше использовать портландцементы, которые менее склонны к изменению размеров, чем активные глиноземистые вяжущие.
- Использование крупного прочного заполнителя. Щебень и гравий обеспечивают упругость бетонного каркаса, нужно повышать их процентное соотношение. Песок и пористый заполнитель увеличивают коэффициент усадки.
В среднем легкие бетоны дают усадку 0,5-0,7 мм/м, а тяжелые – 0,2-0,4 мм/м.
- Армирование конструкции (сеткой, стальным каркасом, фиброй) способствует снижению деформации.
- Нарезка усадочных швов в первые сутки твердения монолита. Они позволяют снять внутреннее напряжение, возникающее при неравномерном высыхании раствора, избежать хаотичного появления трещин. Специально сделанные распилы направляют деформационные силы в заданном направлении. Глубина разреза составляет 1/2-1/3 толщины конструкции. Швы изолируют герметиком. Деформацию вызывают и резкие перемены температуры, поэтому в монолитных плитах объединяют усадочно-температурные швы.
- Уход за бетоном. Важно обеспечить достаточный уровень влажности (90-95%) в период набора прочности. Для этого выполняется увлажнение бетона, укрывание конструкции полиэтиленом, брезентом, засыпным или пленкообразующим материалом. Работу начинают сразу после укладки смеси в опалубку, чтобы не допустить первичной (пластической) усадки.
- Соблюдать рекомендации по величине защитного слоя бетона над армирующими элементами. Покрытие менее 10 мм приводит к появлению трещин.
Эффективно использование пластификаторов и других модифицирующих добавок, препятствующих деформационным процессам.
Ремонт трещин
Появление дефектов выявляет визуальный осмотр поверхности. Мероприятия по контролю и ремонту железобетонных конструкций определяет СП 349.1325800.2017. Изучение повреждений также происходит с помощью неразрушающих методов контроля: ультразвукового, магнитного, виброакустического.
При обследовании устанавливают параметры трещин:
- ориентация;
- расположение;
- динамика раскрытия;
- глубина и ширина.
В зависимости от состояния повреждения выбирается способ ремонта. Применяются материалы с хорошей эластичностью и адгезией к бетонному основанию. Базовыми элементами таких смесей являются цементы или полимерные вещества.
Для замыкания разрывов более 0,1 мм применяют эпоксидную смолу. Это двухкомпонентный материал с высокой адгезией к бетону. Во влажных повреждениях рекомендуется использование эластичных полиуретановых смол. Для неармированной конструкции подходят акриловые гели, разведенные водой. Может использоваться и латексный раствор на основе искусственного каучука.
Перед началом ремонта поверхность зачищается металлической щеткой, затем удаляется пыль и загрязнение. Захватывается участок возле трещины на 70 мм с каждой стороны. Полимерный состав наносится на поверхность кистью или шпателем.
Сухие смеси для ремонта (Пенекрит, KNAUF) состоят из портландцемента, мелкого песка и активных химических добавок. Они быстро схватываются, образуют прочную поверхность. Эффективно использование материалов на основе безусадочных цементов. Такие растворы эластичны, долговечны, отлично сцепляются с бетоном. Они наносятся на чистое, увлажненное основание с помощью резинового шпателя и тщательно втираются. При необходимости трещины перед ремонтом расшивают с помощью болгарки или угловой шлифмашинки.
Поверхностная обработка используется для мелких трещин, при глубоких повреждениях требуется инъектирование ремонтного состава внутрь образования. Цементный или полимерный раствор вводится в разлом с помощью специального оборудования под давлением.
