Категория: Бетон

Сколько должен твердеть бетон?

Итак, бетон приготовлен, уложен в форму и обезвожен.

Теперь он должен затвердеть и набрать прочность. После того как бетон схватился, он уже является твердым телом, но недостаточно прочным.

Поместим его в воду или будем непрерывно увлажнять. И прочность бетона будет расти! Как это можно объяснить? А вот как. При увлажнении в нем будут непрерывно происходить химические процессы. Они превратят минералы, из которых состоят цементные зерна, в новые стабильные образования — гидросиликаты кальция. Этот процесс преобразования очень длительный; он может совершаться годами. Но строителям столько ждать нельзя! Время не терпит!

Поэтому устанавливают определенный контрольный срок твердения бетона, после которого бетон можно подвергать расчетной нагрузке. Для бетона, изготовленного в условиях стройки и твердеющего в естественных условиях, такой срок равен 28—30 суткам.

В некоторых случаях можно допустить более долгий срок твердения, бетона — при возведении морских сооружений, дамб, плотин, набережных, мостов и т.п. Они строятся очень медленно, а поэтому полная нагрузка к уложенному бетону может быть приложена через довольно долгое время. В этих случаях в расчетах можно учитывать 90-суточную прочность бетона; она примерно на 20% выше 28-суточной.

Но после установленного контрольного срока бетон продолжает

твердеть и набирать прочность, правда, значительно медленнее. Этот процесс медленного твердения бетона в расчетах не учитывается. Прирост прочности бетона во времени, превышающем установленные контрольные сроки твердения, оказывается как бы гарантией надежности бетонных и железобетонных конструкций.

Высокие температуры (порядка 80—90 °С) ускоряют химические реакции в бетоне. Так, например, если бетон пропарить, т.е. прогреть во влажной среде при такой температуре в течение 12—16 часов, то можно получить бетон с прочностью, равной 65-70% прочности 28-суточного бетона. Именно так и поступают при заводском изготовлении железобетонных изделий.

А если еще больше повысить температуру? Ускорится ли твердение бетона? Да, и настолько, что при температуре 170-180°С за те же 12—16 часов прочность бетона так возрастет, что превысит годичный уровень прочности. Однако при таком сильном прогреве бетон очень быстро высыхает и перестает твердеть. Это объясняется интенсивным испарением заключенной в бетоне воды. Чтобы “затормозить” испарение воды, надо обеспечить в камере прогрева (автоклаве) высокое давление пара (порядка 0,8-1,2 МПа, или 8-12 атм). Такой процесс термовлажностной обработки называется запаркой под давлением, или автоклавной обработкой бетона. При этом цемент можно заменить известью, а крупный заполнитель — песком без ущерба для качества изделий.

Итак, бетонная смесь, уложенная в форму, затвердела. Это соответствует тому моменту, когда содержащийся в ней цемент, как говорят строители, “схватился”. Теперь уже бетон можно рассматривать как твердое тело со стабильными свойствами. Но на самом деле это не так.

Бетон ведь “искусственный” камень, структура которого непрерывно изменяется. В нем все еще происходят реакции. Они протекают медленно, но играют еще очень большую роль. На бетон также влияют внешние условия, в которых он находится при эксплуатации сооружения, а также физико-механические воздействия.

С возрастом он упрочняется и как бы набирает силу. В зависимости от состава бетон обладает рядом как бы “прирожденных свойств” Другие свойства развиваются в процессе его созревания. Все это придает бетону сходство с живым организмом, который непрерывно развивается. В этом и заключается его отличие от природных камней!

Подобно всякому твердому телу бетон деформируется под нагрузкой. Он может подвергаться как упругому, так и пластическому деформированию. Но как только нагрузка устранена, обратимая часть деформации исчезает; зато необратимая деформация остается навсегда. А может ли бетон деформироваться без нагрузки? Да, может. Такая деформация называется самопроизвольной деформацией, или усадкой.

Усадка бетона возникает под влиянием температуры и влажности окружающей среды и сопровождается изменением объема бетона во времени. Различают положительную и отрицательную усадки. В первом случае объем бетона уменьшается, а во втором — увеличивается. Механизм усадки бетона заключается в том, что поры тела поглощают или испаряют воду и в них изменяется гидростатическое давление. При насыщении тела водой его объем увеличивается. Если тело высушить, его объем уменьшается. В этом отношении бетон напоминает губку, которая увеличивается в объеме и массе, когда намокает, и уменьшает объем и массу в высушенном состоянии.

Причина усадки бетона заложена в цементе. Она возникает главным образом в связи с миграцией содержащейся в цементе воды. Испарение воды, которое можно установить по потере массы бетона при взвешивании, сопровождается уменьшением объема бетона. Поглощение же воды, т.е. насыщение, влечет за собой увеличение в объеме, или набухание бетона.

Однако так ведет себя цемент, твердеющий в насыщенном водой состоянии. При твердении на воздухе его объем уменьшается и с течением времени уже не увеличивается. Небольшие объемы, например кубики 200×200×200 мм, при этом останутся плотными, а в более крупных изделиях неправильной формы образуется сетка трещин. Их появления можно избежать, постоянно увлажняя бетон в течение трех-четырех недель после укладки.

Деформация бетона под нагрузкой увеличивается в зависимости от продолжительности нагружения. Различают деформации мгновенные и пластические.

Мгновенную деформацию еще называют обратимой деформацией. Почему? Потому, что этот вид деформации наблюдается лишь в момент внешней нагрузки. Но вот нагрузка снята и тело вернулось в свое первоначальное состояние. Это свойство твердых тел называется упругостью; ею обладают в большей или меньшей степени все материалы. Ну, а чтобы разобраться в том, что представляет собой необратимая (пластическая) деформация, приложим к телу внешнюю нагрузку. Под ее влиянием тело деформируется. Теперь снимем нагрузку, но тело не вернется в исходное положение и не восстановит своей прежней формы. Оно останется деформированным, т.е. оно обладает пластичностью — способностью деформироваться без заметного увеличения нагрузки. Так деформируются глина, воск, металл в расплавленном состоянии. Пластические деформации необратимы.

Если остаточная деформация значительна, то ее иногда можно заметить невооруженным глазом. В этом случае мы говорим, что твердое тело “течет”. Пластичность каменных материалов и бетона при длительном приложении нагрузки называют ползучестью.

Как текучесть, так и ползучесть не вызывает изменения первоначального объема материала и является результатом перераспределения молекул в теле. Полная деформация образуется из мгновенной и пластической деформации, растущей в течение длительного времени, пока действует нагрузка. В бетоне деформации очень малы: их можно увидеть только при испытании на изгиб.

Если бетон подвергнуть сжатию или растяжению, то произойдет уменьшение или увеличение его линейных размеров, т.е. продольная и поперечная деформация бетона. Это легко проследить на ученической резинке. Если сжать резинку двумя пальцами по ее длине, то ее боковые стороны как бы раздуются и приобретут вид бочонка. Значит, линейные размеры уменьшаются, а поперечные увеличиваются. Между обоими видами деформации существует зависимость.

Отношение поперечной деформации к продольной в технике носит название коэффициента Пуассона. Его значение для бетона лежит в интервале 0,10-0,30. Оно тем выше, чем моложе бетон и чем ниже его прочность. Знание коэффициента Пуассона необходимо для расчета прочности бетона при неразрушающих испытаниях бетона в сооружениях.

А для расчета деформаций сооружений, происходящих под влиянием внешних нагрузок, например ветра, необходимо знать упругость бетона. Упругие деформации бетона характеризуют модулем упругости. Статический модуль — это отношение приложенного напряжения к значению деформации. Если же модуль упругости определяют с помощью динамических методов, т.е. мгновенного приложения нагрузки — удара, щелчка, то его называют динамическим модулем.

Статический модуль упругости непостоянен (от 8000 до 21000МПа), он зависит от напряжения: чем оно выше, тем модуль ниже. Динамический же модуль постоянен и равен для бетонов различной прочности 20 000-60 000 МПа.

Бетон, как и любой строительный материал, имеет допустимые предельные значения нагрузок и деформаций. Если мы их превысим, то бетон начинает растрескиваться, распадаться на несколько кусков.

Разрушение может быть моментальным, или, как его называют, “хрупким” и пластическим. В первом случае на бетон в течение короткого времени действует предельная разрушающая нагрузка, и он сразу распадается на несколько кусков. Во втором случае на бетон действует постоянная нагрузка, вследствие которой он деформирует-

ся в течение длительного времени и в конце концов тоже растрескивается, а потом распадается на куски.

Бетон является неоднородным телом. Он состоит из различных материалов с различной прочностью. Поэтому процесс разрушения в нем может проявляться в различных формах. Разрушение будет зависеть от действия внешних сил. Общим для любого вида разрушения является растрескивание бетона. Оно создает большое количество микротрещин в бетоне. Это начальная стадия разрушения; ее иногда называют “предразрушение”. Она возникает тогда, когда приложенная нагрузка не превышает 75% разрушающей. Микротрещины вызывают образование разрывов и отщепление кусков. При пластическом разрушении также возникают трещины, влияющие на прочность бетона, особенно при растяжении, и его водонепроницаемость. Однако для старого бетона тонкие трещины не опасны, так как они не пропускают воду. Помните, из треснутой фарфоровой чашки вода не вытекает даже через видимую трещину? На растяжение бетон работает плохо – раз в 15 хуже, чем на сжатие.



Бетон - Сколько должен твердеть бетон?

Разделы

Содержание блога

Содержание сайта.


Другое

Статьи по теме "Бетон"