Борьба с ранними трещинами в бетонных конструкциях имеет решающее значение для обеспечения достаточной долговечности, предотвращения возможного снижения прочности и снижения эксплуатационных расходов.
Ранние трещины не только ухудшают эстетический вид здания, но и создают неудобства для жильцов и влияют на репутацию подрядчика.
Поэтому необходимо принять соответствующие меры для уменьшения или устранения раннего развития трещин. Стратегии по снижению воздействия начинаются с этапа проектирования здания до этапа строительства, включая выбор материала, пропорции смеси, условия затвердевания и условия окружающей среды.
Подробнее о причинах появления ранних трещин в бетоне вы можете прочитать в нашей статье, “Раннее растрескивание бетона. Каковы причины?“.
Как предотвратить раннее растрескивание бетона?
Процесс проектирования
В процессе проектирования необходимо соблюдать ограничения в различных бетонных элементах, поскольку они ограничивают перемещения бетона вследствие теплового расширения и автогенной усадки. Трещины обычно развиваются, когда отношение напряжение/прочность превышает 60%.
Ограничения, которые должны быть учтены в процессе проектирования, связаны с покрытием бетона, неравномерной глубиной бетона и армированием. Уменьшение бетонного покрытия увеличивает возможность образования трещин, и его влияние намного больше, чем размер арматуры.
Размеры и геометрия элемента конструкции имеют решающее значение для температурного градиента, который является причиной развития трещин в раннем возрасте.
Выбор материала и параметры смеси
Бетонная смесь обычно изготавливается из цемента, заполнителя, воды и дополнительных материалов, включая дополнительные цементирующие материалы и добавки. Влияние каждого материала на развитие трещин в раннем возрасте представлено ниже:
Заполнители
Размер, шероховатость и коэффициент теплового расширения крупного заполнителя влияют на образование ранних трещин в бетоне.
Крупные заполнители увеличивают переходную зону в бетоне, снижая прочность на растяжение и модуль Юнга затвердевшего бетона. Снижение прочности на растяжение означает, что бетон растрескивается при меньших растягивающих напряжениях.
Полностью насыщенные заполнители увеличивают вероятность развития трещин в раннем возрасте. Поэтому использование сухих и мелких заполнителей может повысить прочность бетона. Аналогично, использование дробленого заполнителя с шероховатой поверхностью повышает прочность бетона на растяжение.
Заполнитель с низким коэффициентом теплового расширения может уменьшить тепловое расширение бетона. Например, кварцитовый заполнитель создает более высокие растягивающие напряжения, чем известняковый, на 50% из-за высокого коэффициента теплового расширения. Поэтому вероятность образования трещин выше в бетоне, изготовленном на кварцитовом заполнителе.
Типы цементного раствора
Тип и содержание цемента значительно влияют на теплоту гидратации и могут быть оптимизированы для улучшения характеристик бетона и снижения вероятности развития трещин в раннем возрасте.
Портландцемент, который не является слишком мелким, наряду с низким содержанием щелочи и высоким содержанием сульфатов, снижает температуру растрескивания. Так, увеличение содержания сульфатов в цементе снижает температуру растрескивания, если цемент имеет низкое содержание щелочи.
При водоцементном отношении в диапазоне от 0,4 до 0,7 снижение содержания цемента уменьшает сухую усадку. Однако, если водоцементное отношение превышает 0,7, прочность бетона на растяжение снижается, что приводит к высокой вероятности образования трещин.
Использование другого типа цемента в высокопрочном бетоне не влияет на развитие трещин в раннем возрасте при условии равного водоцементного отношения.
Дополнительные цементирующие материалы и добавки
Для улучшения характеристик бетона можно использовать такие добавки и дополнительные цементирующие материалы, как зола-унос, шлак, водоредуцирующая добавка, цемент для компенсации усадки, самоуплотняющаяся добавка и добавка, уменьшающая усадку.
Бетон, полученный путем смешивания 50% портландцемента, 30% шлака и 20% летучей золы, имеет лучшие характеристики, чем бетон, изготовленный с использованием только обычного портландцемента. Усадочная добавка и самоуплотняющаяся добавка уменьшают усадку при достаточном влажном твердении. Они также снижают теплоту гидратации и, следовательно, тепловую усадку бетона.
Распространение теплоты гидратации также влияет на образование трещин в раннем возрасте, особенно в массивных бетонных конструкциях. По сравнению с бетоном нормальной прочности, трещины, вызванные диффузией тепла, чаще возникают в высокопрочном бетоне из-за меньшей степени диффузии тепла гидратации.
Порядок проведения строительных работ
Развитие ранних трещин в бетоне очень чувствительно к температуре свежего бетона. Когда температура свежего бетона снижается, прочность бетона на растяжение увеличивается. Это происходит потому, что связь, образующаяся при низкой температуре между гелем гидрата силиката кальция, прочнее, чем связь, образующаяся при высокой температуре.
Температура свежего бетона
Процедура укладки бетона должна быть тщательно спланирована, поскольку последовательность укладки бетона, опалубка, изоляция, охлаждение и соседние конструкции влияют на снижение температуры во время фазы охлаждения и создают разницу температур в бетоне. Это может привести к растягивающим напряжениям и возможным трещинам в раннем возрасте.
Увеличение проводимости опалубки снижает риск возникновения трещин раннего возраста во время заливки бетона, поэтому тщательно выбирайте материал опалубки.
Повышение температуры твердения высокопрочного бетона приводит к увеличению автогенной усадки и, в конечном итоге, к увеличению вероятности образования трещин раннего возраста. Оптимальная температура твердения высокопрочного бетона для уменьшения растрескивания в раннем возрасте составляет 20oC.
Условия окружающей среды
Окружающая температура, начальная температура, влажность, ветер и солнечная радиация влияют на испарение воды.
Сухой воздух вокруг строительной площадки повышает начальную температуру бетонных элементов, которая в дальнейшем увеличивается за счет теплоты гидратации. Это может привести к неправильному набору прочности бетона из-за неполной гидратации, что увеличивает вероятность образования трещин в раннем возрасте.
Дождь, выпавший в первый день укладки бетона, может увеличить водоцементное отношение, снижая прочность и увеличивая вероятность образования трещин раннего возраста.
Внешние условия нагрузки
Движение тяжелых транспортных средств влияет на бетон с высокой просадкой (>175 мм). Поэтому движение тяжелого транспорта должно быть ограничено в течение первого дня заливки бетона.