В течение первых семи дней после заливки бетонного раствора может произойти раннее растрескивание бетона. Однако для появления таких трещин в железобетонных плитах может потребоваться более недели. Поэтому трещины, появившиеся в течение 60 дней после укладки бетона, считаются трещинами раннего возраста.
Трещины раннего возраста не вызывают структурного разрушения бетона, если не превышены конструктивные допуски. Тем не менее они могут привести к преждевременной коррозии арматурных стержней и сколам бетонного покрытия, что приведет к увеличению эксплуатационных расходов и потенциальному сокращению срока службы.
Свежеуложенный бетон может подвергаться раннему растрескиванию в зависимости от состава бетонной смеси, условий воздействия, скорости гидратации и условий твердения. Поэтому правильное понимание причин является важным для принятия соответствующих мер по предотвращению раннего растрескивания бетона.
Каковы причины раннего растрескивания бетона?
1. Внутренняя температура бетона
При гидратации цемента выделяется теплота гидратации, которая может привести к развитию трещин в бетоне раннего возраста. Если внутренняя температура достигает около 50 oC, эттрингит может стать нестабильным и раствориться. После снижения внутренней температуры эттрингит расширяется и может привести к образованию внутренних и внешних трещин.
2. Температурный градиент
Температурный градиент возникает, когда бетон подвергается воздействию высокой температуры, которая не может быть рассеяна. В этом случае высокотемпературный градиент между внутренней и внешней поверхностями бетонных элементов конструкции создает тепловые напряжения.
Если бетонный элемент сдерживается, то тепловые напряжения в раннем возрасте бетона легко превысят предел прочности бетона на растяжение и приведут к образованию трещин.
Ограничения в бетоне могут быть вызваны изменением глубины сечения, например, стыком между полотном и фланцем в тавровой балке или кессонной плите, верхним армированием в балках или плитах, стяжками в колоннах, стяжками опалубки и перемычками из крупного заполнителя между формой и узкими секциями.
3. Автогенная усадка
Автогенная усадка может вызвать большие растягивающие напряжения в бетоне в раннем возрасте, особенно в высокопрочном бетоне.
Автогенная усадка происходит после того, как ее движущей силой становится химическая усадка. Химическая усадка происходит, когда объем продукта гидратации становится меньше первоначального объема прореагировавших компонентов, которыми являются цемент и вода. Конечная химическая усадка типичной гидратирующей портландцементной пасты может составлять порядка 10% по объему.
Если после схватывания цемента не удается легко получить дополнительную воду для отверждения, химическая усадка будет сопровождаться образованием пустой капиллярной пористости внутри гидратирующей цементной пасты, что известно как самоосаждение. Мениски в оставшихся частично заполненных порах, в свою очередь, создают автогенные напряжения, которые приводят к автогенной усадке, что приводит к образованию трещин раннего возраста.
Трещины обычно развиваются вокруг внутренних ограничителей, таких как стальная арматура и заполнители, или по глубине бетонного элемента при наличии достаточных внешних ограничителей.
4. Пластическая осадка
Пластическая осадка является распространенным фактором, который приводит к образованию трещин в раннем возрасте. Она возникает, когда твердые частицы в бетонной смеси оседают под действием силы тяжести и вытекающей воды и перемещаются вверх.
Движение твердых частиц вниз создает напряжение, если бетон локально удерживается от оседания. Когда это напряжение превышает предел прочности на растяжение недавно залитого бетона, возникают трещины раннего возраста. Трещины развиваются в источнике ограничения бетона.
Растрескивание в раннем возрасте из-за пластической осадки обычно происходит в формах с резким изменением глубины залегания бетона. Это происходит потому, что осадка больше в более глубокой части и образуются трещины вокруг точки изменения сечения опалубки.
5. Сушильная усадка
Сушильная усадка также может стать причиной раннего растрескивания, если усадка сдерживается изнутри, снаружи или их комбинацией. Сушильная усадка распределяется неравномерно по всей толщине бетонного элемента, что приводит к дифференциальной усадке.
Дифференциальная усадка вызывает осевое перемещение и коробление. Эти два движения создают осевые и изгибающие напряжения, если бетон сдерживается, что приводит к образованию трещин раннего возраста. Сушильная усадка также создает остаточные напряжения в мелких элементах.
6. Внешняя нагрузка
Внешние нагрузки, такие как вибрация, движение транспорта и ветер, могут создать дополнительную нагрузку на бетон и привести к образованию трещин в раннем возрасте, если прочность бетона на растяжение превышена.
Прочность бетона на растяжение в раннем возрасте значительно ниже и может быть легко превышена. Поэтому после укладки бетона не следует игнорировать влияние внешних нагрузок.
7. Ползучесть бетона
Ползучесть бетона – еще одна причина образования трещин в бетоне в раннем возрасте. Когда бетон подвергается зависящему от времени движению из-за приложения внутренних или внешних напряжений, заполнитель в бетоне действует, сдерживая эти движения. В этом случае в бетоне могут появиться трещины.