Стратегии уменьшения усадки и сжатия в бетонных поверхностях

Введение: скрытые затраты на дефекты поверхности

Бетон является основой современной инфраструктуры, от небоскребов и мостов до подъездных путей и декоративных площадей. Его прочность, долговечность и универсальность делают его наиболее широко используемым строительным материалом на Земле. Тем не менее, даже самые тщательно расположенные бетонные поверхности могут развить два распространенных, но разочаровывающих дефекта: , сжимающие трещины и , сжимающие . Эти проблемы не только омрачают эстетическое качество поверхности — они также могут поставить под угрозу ее долгосрочную структурную целостность, позволяя воде, хлоридам и другим агрессивным агентам проникать в бетон и ускорять износ. Для подрядчиков, инженеров и владельцев недвижимости понимание коренных причин этих проблем и реализация проверенных стратегий их минимизации необходимы для обеспечения прочных, высокоэффективных бетонных поверхностей, которые выдерживают испытание временем.

Сокращение и сжатие связаны, но различные явления. Сжатие относится к общему сокращению объема, которое происходит, когда бетон теряет влагу во время сушки и отверждения. Сжатие, с другой стороны, описывает сеть очень тонких, мелких поверхностных трещин, которые напоминают разбитое стекло или паутину. Обе проблемы возникают из-за напряжений растяжения, которые превышают прочность на растяжение бетона в данный момент времени. В то время как некоторые незначительные сжатия могут быть в основном косметическими, глубокие трещины усадки могут значительно уменьшить грузоподъемность и облегчить повреждение оттаивания, коррозию арматуры и карбонирование. Применяя комбинацию правильной конструкции смеси, тщательной отделки, контролируемого отверждения и соответствующего экологического менеджмента, риск этих дефектов может быть резко снижен.

Понимание усадки в бетоне

Что такое сухое усыхание?

Сухая усадка — это уменьшение объема бетона, вызванное потерей воды из капиллярных пор в затвердевшей цементной пасте. По мере испарения воды паста сжимается, создавая силы растяжения внутри бетона. Если эти силы превышают прочность на растяжение бетона на этой стадии гидратации, образуются трещины. На величину усадки влияют несколько факторов: объем и тип цементной пасты, соотношение воды и цемента, агрегатные характеристики, влажность окружающей среды и температура во время отверждения. Высокопастные бетоны, такие как с низким содержанием агрегата или высокими цементными факторами, особенно подвержены большим деформациям усадки.

Виды усадки

Бетон испытывает несколько форм усадки за пределами общей усадки сушки:

Понимание того, какой тип усадки наиболее вероятно повлияет на данный проект, позволяет инженерам соответствующим образом адаптировать стратегии смягчения последствий. Для большинства тонких плит и декоративных поверхностей первичными проблемами являются сушка пластиковой усадки.

Оригинальное название: Crazing: The Fine Surface Crack Network

Сжатие - это специфическая форма растрескивания, которая часто ошибочно принимается за растрескивание усадки, но отличается масштабом и глубиной. Сжатие трещин обычно составляет менее 3 мм (1/8 дюйма) в глубину и образует шестиугольный или нерегулярный рисунок на поверхности. Они развиваются, когда поверхностный слой бетона испытывает дифференциальную сушку и усадку по сравнению с интерьером. Это может быть вызвано:

Сжатие - это, прежде всего, косметический дефект, но оно может ускорить ухудшение поверхности, улавливая грязь, позволяя замораживать оттаивание и уменьшая сопротивление бетона истиранию. В приложениях с высокой видимостью, таких как полированные полы, архитектурные панели и декоративные плиты, сжатие недопустимо и должно быть предотвращено путем тщательного описания и исполнения.

Стратегии по сокращению усадки

Оптимизируйте соотношение воды и цемента и дизайн смесей

Единственным наиболее влиятельным фактором, контролирующим усадку сушки, является содержание воды в бетоне. Снижение соотношения вода-цемент (w/c) снижает объем капиллярных пор и снижает потенциал объемных изменений. Вт/с 0,45 или ниже обычно рекомендуется для плит и открытых поверхностей, где контроль усадки имеет решающее значение. Каждое уменьшение смешивания воды 10 кг/м3 может уменьшить усадку сушки примерно на 5-10%. Использование примесей для снижения воды (пластификаторов) для поддержания работоспособности при более низком содержании воды является стандартной практикой.

Используйте уменьшающие усадку смеси (SRA)

Сокращение-сокращение примеси являются химические добавки, которые снижают поверхностное натяжение пор воды в бетоне. Путем снижения капиллярного натяжения во время сушки, SRA могут сократить сушку усадки штаммы на 30-50% по сравнению с идентичными смесями без примеси. Они особенно эффективны в тонких плитах, тротуарах и мостовых палуб, где растрескивание от сушки усадка является частой проблемой. SRAs обычно добавляют на заводе готовой смеси и увеличить стоимость бетона, но инвестиции часто оправданы сокращением трещин и связанных ремонтов.

Оптимизация совокупного объема и степени

Грубые и тонкие агрегаты образуют несжимаемый скелет, который сдерживает усадку цементной пасты. На каждые 1% увеличения объема агрегата усадку сушки можно уменьшить примерно на 2–3%. Использование хорошо сортированных агрегатов с максимальным размером, подходящим для толщины члена, помогает достичь плотной смеси с низким усадкой. Легкие агрегаты содержат внутреннюю воду, которая может обеспечить внутреннее отверждение, дополнительно смягчая аутогенную усадку.

Используйте правильные методы лечения

Отверждение - это процесс поддержания достаточной влажности и температуры в бетоне после размещения, чтобы обеспечить непрерывную гидратацию. Для контроля усадки цель состоит в том, чтобы замедлить скорость потери влаги, чтобы растягивающие напряжения развивались постепенно по мере увеличения прочности бетона. Методы включают:

Выбор метода отверждения зависит от размера проекта, климата и доступности. Для плит в руководящих принципах Американского бетонного института (ACI) 308R (FLT: 1) подчеркивается, что отверждение должно начинаться сразу после окончания и продолжаться в течение периода, необходимого для достижения указанной прочности и долговечности.

Уменьшить объем пасты цемента

Высокое содержание цемента увеличивает фракцию пасты и, следовательно, потенциал усадки. Использование дополнительных цементных материалов (СЦМ), таких как зола мухи, шлаковый цемент или пар диоксида кремния, может частично заменить портландцемент и уменьшить общий объем пасты. Эти СЦМ также улучшают структуру пор и улучшают поведение усадки сушки, особенно при использовании в сочетании с соответствующим сокращением воды.

Обеспечить правильное соединение и укрепление

Хотя усадку нельзя полностью устранить, можно установить управляющие соединения (также называемые сужающимися соединениями), чтобы направлять, где будут возникать трещины, сохраняя их аккуратными и скрытыми. Стыки должны быть пилообразными или инструментированными с интервалами в 24-36 раз толщиной плиты. Например, 4-дюймовая плита должна иметь стыки, расположенные на расстоянии 8-12 футов друг от друга. Стальная или синтетическая волоконная арматура помогает распределять напряжения и ограничивать ширину трещин, хотя это не препятствует сжатию бетона. Правильная конструкция суставов является обязательной практикой для ACI 318 для любой плиты на земле или структурной плиты.

Стратегии для минимизации сумасшествия

Контрольные операции завершения

Переработка поверхности является основной причиной сужения. Каждый проход тротуара приносит дополнительные штрафы и воду на поверхность, создавая слабый слой с высокой пастой, который сжимается быстрее, чем подстилающий бетон. Чтобы предотвратить сужение:

Мониторинг и управление экологическими условиями

Сжатие, скорее всего, происходит, когда бетонная поверхность высыхает быстрее, чем внутренняя. Ключевые факторы окружающей среды включают ветер, низкую относительную влажность, высокую температуру и прямой солнечный свет. ACI 305R (Горячая погода) и ACI 306R (Холодная погода) обеспечивают руководство для смягчения быстрого испарения. В жаркую погоду:

В холодную погоду убедитесь, что бетон не замерзает в течение первых 24 часов и постепенно поднимает температуру, чтобы избежать теплового удара.

Оптимизируйте смешанные пропорции для долговечности поверхности

Смешивать конструкции, которые чрезмерно высоки в штрафах или имеют высокое соотношение водяного цемента особенно склонны к судорожному. Укажите 28-дневную прочность сжатия не менее 4000 фунтов на квадратный дюйм (28 МПа) для плит, которые будут завершены гладко. Используйте максимальный совокупный размер не менее 3/4 дюйма (19 мм) для снижения содержания поверхностной пасты. Зацепление воздуха (обычно 4-7% воздуха) дополнительно улучшает долговечность и может немного уменьшить поверхностное растрескивание, обеспечивая микроскопические пустоты, которые снимают растягивающие напряжения.

Использование Fiber Reinforcement

Микросинтетические волокна (полипропилен или нейлон) и макросинтетические волокна (структурные) все чаще используются для контроля как растрескивания, так и сжатия пластика. Микроволокна, добавленные со скоростью 0,1-0,2% по объему, уменьшают ширину и частоту трещин пластической усадки, обеспечивая трехмерное усиление, которое удерживает матрицу вместе до того, как бетон набирает прочность. В то время как волокна не предотвращают сжатие, вызванное практикой отделки, они могут помочь сохранить поверхностные трещины очень узкими и менее заметными.

Рассмотрим внутреннее лечение

Внутреннее отверждение включает в себя встраиваемые легковесные агрегаты (LWA) или суперабсорбирующие полимеры (SAP) в смесь. Эти материалы постепенно высвобождают воду во время гидратации, поддерживая внутренние уровни влаги и уменьшая как аутогенную, так и сушку. Внутреннее отверждение особенно полезно для высокоэффективных бетонных смесей с низкими отношениями w / c, где только внешнее отверждение недостаточно для достижения полной глубины гидратации. Исследования показали, что внутреннее отверждение может уменьшить общую усадку на 20-40% и эффективно устранить сжатие в плотных смесях. Национальная ассоциация готовых смешанных бетонов (NRMCA) [[FLT: 1]] обеспечивает руководство по выбору и пропорционализации легких агрегатов для внутреннего отверждения.

Продвинутые стратегии для высокопроизводительного и декоративного бетона

Используйте низкоусадочные цементы и SCM-стеклоподъемники

Некоторые типы цемента, такие как усадка-компенсирующие цементы (тип K) или экспансивные цементы, могут использоваться для компенсации усадки сушки. Эти цементы содержат примеси, которые вызывают небольшое контролируемое расширение во время ранней гидратации, противодействуя последующему сокращению. Альтернативно, смешивание портландцемента с большим процентом шлакового цемента (50% или более) или золы мухи (30-50%) может значительно уменьшить конечную усадку. Более медленная гидратация этих материалов также снижает тепло гидратации, снижая тепловую усадку.

Внедрение надлежащей строительной практики

Помимо отбора материалов, полевые практики играют решающую роль:

Защита и техническое обслуживание после помещения

После того, как плита была размещена и закончена, защитите ее от тяжелых нагрузок, экстремальных температур и чрезмерной потери влаги на время периода отверждения (обычно 7-14 дней). Для внутренних плит важно контролировать влажность и температуру в помещении во время отверждения. После отверждения применение проникающего герметика или уплотнителя может снизить проницаемость поверхности и обеспечить дополнительную защиту от проблем, связанных с сжатием. Однако герметики не должны использоваться в качестве замены надлежащего отверждения и отделки.

Вывод: целостный подход к бетону без трещин

Сокращение усадки и сжатия бетонных поверхностей требует комплексной стратегии, которая начинается на этапе проектирования и продолжается путем размещения, отделки и отверждения. Ни одно действие не может гарантировать без трещин поверхности, но интеграция следующих лучших практик значительно снизит риск:

Применяя эти стратегии, строительные специалисты могут доставлять бетонные поверхности, которые не только прочны и долговечны, но и визуально привлекательны - сведение к минимуму дорогостоящего ремонта, продление срока службы и поддержание целостности структуры в течение десятилетий. ACI 308R Руководство по отверждению бетона , ресурсы по оптимизации смеси и Переска / Перенапряженный бетонный институт технические заметки по контролю раннего возраста трещин.