""

Коэффициент теплового расширения бетона

Бетон расширяющийся: свойства, сферы применения, нюансы изготовления

Бетон расширяющийся (ГОСТ 32803-2014) — это материал, содержащий в своем составе напрягающий цемент или специальные расширяющие добавки для формирования предварительного напряжения конструкций в период твердения смесей.

В результате таких условий схватывания раствора, удается получить расширяющийся бетон, обладающий повышенной плотностью, водонепроницаемостью и долговечностью (см. видео в этой статье).

Объемные деформации конструкций

При производстве железобетона, во время гидратации цемента образуются коллоидные и кристаллические образования, которые по-разному могут влиять на процессы деформации, происходящие в цементном камне.

Коллоидные образования в период твердения смесей уплотняются и способствуют появлению усадочных раковин. А образуемые кристаллы, при определенных температурных условиях в момент гидратации цементного камня, могут увеличиваться в объеме, провоцируя тем самым тепловое расширение бетона, приводящее к появлению трещин на поверхности конструкций.

Усадочные деформации

Усадка по механизму возникновения делится на два вида.

  1. усадочное напряжение (расширение)
  2. усадочная деформация.

Интенсивность протекания таких деформаций зависит от показателей влажности и температуры окружающей среды.

Изменения, происходящие в результате усадочной деформации, в сочетании с таким явлением, как линейное расширение бетона, значительно снижают трещиностойкость и долговечность сооружений. Первооснова усадки — это протекающий в течение некоторого времени процесс снижения линейных размеров смеси, вызванный физико-химическими реакциями, происходящими на тот момент в структуре изделия.

Усадочные процессы можно распределить на несколько этапов:

  • пластическая деформация, происходящая в момент схватывания смеси;
  • усадка, вызванная последующим твердением смесей (до 28 дней);
  • деформации, происходящие в зрелом возрасте (более 28 дней).

Коэффициент усадки представляет собой условное процентное отношение изменения начального объема материала в сравнении с его конечным значением, и обычно не превышает 1,5%.

Линейная температурная деформация

Линейное расширение — это объемные трансформации, происходящие в структуре материала под воздействием внутренних или внешних температурных факторов.

  • Коэффициент линейного расширения железобетона (α). Это относительное увеличение линейных размеров конструкций при повышении температуры на 1 K в стандартных условиях.
  • Коэффициент теплового расширения бетона. Его величина, зависит от температуры и сравнительной влажности окружающей среды. Данный параметр неразрывно связан с показателем теплопроводности материала.

На заметку: Последнее значение представляет собой способность изделия аккумулировать, или проводить тепло через свою структуру. Чем выше плотность — тем выше этот параметр.

  • Коэффициент линейного расширения бетона. Равен 0,00001 (°С) -1 — то есть, при повышении температуры до +50°С, линейное расширение будет иметь значение 0,5 мм/м.
  • Коэффициент расширения бетона. Также зависит от марки цемента и состава заполнителей.

Заполнитель и цементный камень владеют разными коэффициентами теплового расширения. Поэтому, при изменении температурных условий эти компоненты ведут себя неодинаково, в результате чего возникают объемные напряжения в структуре изделия, способствующие образованию трещин как на поверхности, так и внутри материала.

Для предотвращения трещинообразования, температурного расширения и усадочных деформаций в современном строительстве предусмотрен целый комплекс мероприятий:

  • расширительные швы в бетоне (деформационные или температурные);
  • повышение частоты армирования конструкций;
  • разделение монолитных поверхностей на отдельные автономные блоки и др.

Однако все эти методы значительно повышают себестоимость строительства и не всегда действуют результативно в отношении повышения эксплуатационных характеристик. Наиболее эффективным способом устранения вышеописанных недостатков является использование расширяющихся и напрягающих вяжущих.

Расширяющиеся и напрягающие бетоны

Бетоны напрягающие — это смеси на основе напрягающих цементов, способные в начальной фазе твердения увеличиваться в объеме и растягивать находящуюся в непосредственном контакте арматуру, которая в результате таких процессов получает эффект самонапряжения (обжатия).

  • Причем, арматурные стержни растягиваются независимо от их направления и схемы расположения в структуре изделия, что способствует получению двухосного объемного самонапряжения конструкций.
  • Механизм действия расширяющихся материалов основан на создании контролируемого направленного кристаллообразования в период твердения цементного камня, что способствует регулированию процесса объемных деформаций в пластической структуре изделия.
  • Применение расширяющихся быстротвердеющих бетонов, благодаря регулируемому линейному расширению, позволяет значительно компенсировать последствия усадочных деформаций, повысить трещиностойкость и сроки эксплуатации зданий и сооружений.

В практике существуют два основных вида расширяющихся материалов:

  • с нормируемой величиной обжатия;
  • с компенсированной усадкой, но с ненормируемым самонапряжением (обжатием).

Помимо этих категорий, можно выделить в отдельную группу расширяющиеся мелкозернистые смеси, применяемые для ремонтно-восстановительных работ.

Основные характеристики напрягающих бетонов (ГОСТ 32803-2014):

  1. Для тяжелого предусматривают следующие классы на сжатие: B20—B90; на растяжение — Bt0,8—Bt4,0.
  2. Для легкого: на сжатие — B10—B40; на растяжение — классы Bt0,8—3,2.
  3. С учетом величины напряжения, бетон классифицируют по следующим маркам: Sp0,6—4,0.

Подсказки: марки по самонапряжению Sp 0,6—1,0 относят к разряду бетонов с компенсированной усадкой, а классы Sp 1,2—4,0 к расширяющимся смесям с нормируемым обжатием.

  1. По морозостойкости F200—F
  2. По водонепроницаемости: тяжелые —W12—W20, легкие — W8—W
  3. Данный материал обладает высокой прочностью (40–70 Мпа). Причем, рост этого значения особенно интенсивно наблюдается в раннем возрасте (28 суток). По истечении трех месяцев прочность на растяжение—сжатие увеличивается на 30%, а по достижению 6 месяцев — на 40%.
  4. Отсутствует коррозия арматуры.
  5. Высокая сульфатостойкость.
  6. Газопроницаемость в 40 раз ниже в сравнении с тяжелыми бетонами на портландцементе.

Применение

Отмеченные свойства данного материала позволяют его эффективное применение как в монолитных, так и в сборных железобетонных конструкциях:

  • при строительстве несущих элементов и проезжей части мостов, что позволило увеличить несущую способность на 12–16%;
  • для строительства энергетических объектов ТЭЦ, ГЭС, АЭС и др.;
  • при сборном строительстве туннелей метрополитена;
  • при возведении напрягающих конструкций спортивного назначения (крытые спортивные арены и пр.);
  • при производстве железобетонных труб высокого давления;
  • для оборудования покрытий кровель и устройства прочных промышленных полов;
  • широкое использование при устройстве надежных гидроизоляционных покрытий, наносимых методом торкретирования.

Расширяющийся бетон производится на основе напрягающего и безусадочного цемента с использованием крупных и мелких заполнителей природного происхождения.

Расширяющиеся цементы представляют собой смеси, состоящие из портландцемента или глиноземистого цемента со специальными добавками, обеспечивающими увеличение объема структуры цементного камня на начальном этапе твердения.

В качестве добавок обычно выступают:

  • гипс;
  • глиноземистые шлаки;
  • гидроалюминаты кальция.

В процессе гидратациии цементного камня образуются гидросульфоалюминатные соединения кальция, в момент формирования которых возникает эффект расширения структуры, компенсирующий усадочные явления.

Наибольшее распространение получили следующие виды цементов:

  1. Водонепроницаемые расширяющиеся цементы (ВРЦ), получаемые путем смешивания глиноземистых цементов (70%), гидроалюмината кальция (10%) и тонкомолотого гипса (20%).

  1. Водонепроницаемые безусадочные цементы (ВБЦ), состоящие из тех же компонентов что и (ВРЦ), но взятыми в других пропорциях и в других объемных соотношениях. Эти цементы способны формировать цементный камень высокой водонепроницаемости, выдерживающий давление воды до 0,70 Мпа.

  1. Расширяющийся цемент (РПЦ), получаемый в результате тонкого помола и смешивания портландцемента (60%), высокоглиноземистых доменных шлаков (5–7%), гипса (7–10%) и минеральной добавки (20–25%).

  1. Гипсоглиноземистые расширяющиеся цементы (ГГРЦ), состоящие из смеси тонкоизмельченного глиноземистого доменного шлака (70%) и молотого гипса (30%).

  1. Напрягающие цементы (НЦ) производят на базе портландцемента (60–70%), глиноземистого цемента (18–20%) и двуводного гипса, совместно измельченных до показателя удельной поверхности минимум 3500 см 2 /г (см. фото).

Заполнители

Доля крупных и мелких заполнителей в бетоне, может достигать 80% от общего объема смеси, и оказывать значительное влияние на физико-химические свойства изделия. Оптимальный подбор состава данных компонентов может существенно сократить использование цемента, цена которого в значительной мере влияет на себестоимость продукта.

Кроме того, заполнители наравне с вяжущими могут улучшать технические характеристики конструкций:

  • увеличивать прочность и сдерживать деформации;
  • снижать значение ползучести;
  • принимать на себя воздействие линейных напряжений и частично компенсировать усадку.

Для приготовления расширяющихся растворов, в роли крупных заполнителей выступают гравий и щебень фракций 5–70 мм. Требования к данному материалу такие же, как и для традиционных тяжелых бетонов (ГОСТ 10268-80).

Рекомендуемая марка крупных заполнителей

В качестве мелкого заполнителя, чаще всего используют кварцевый песок мелких фракций (ГОСТ 8736-93) плотностью 2000–2800 кг/м 3 , причем, чем меньше фракция, тем выше плотность бетона.

Приготовление расширяющихся смесей

Расширяющие и напрягающие бетоны при необходимости можно приготовить своими руками, в условиях строительной площадки.

Существует два основных способа для изготовления быстротвердеющих водонепроницаемых смесей:

  • с применением напрягающих и расширяющихся цементов;
  • с использованием специальных расширяющихся добавок на основе портландцемента.

Расход модифицированных цементов и пропорции по отношению к заполнителям, такие же, как и для приготовления обычного тяжелого бетона. Инструкция для приготовления расширяющихся смесей с использованием портландцемента для каждой добавки индивидуальна. Пропорции и порядок действий описаны на тыльной стороне упаковки продукта.

Модифицирующие расширяющие добавки

При производстве быстротвердеющих расширяющих бетонов используют алюминатносульфатные и алюмооксидные добавки, обладающие как расширяющим, так и напрягающим действием.

Наиболее распространенные это:

  1. Расширяющая химическая добавка (РД) — тонкоизмельченная сухая смесь алюминатных и сульфатных компонентов, позволяющая получать изделия с высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и компенсированной усадкой.

  1. Добавка РСАМ — сухой порошок светло-коричневого цвета. Служит для получения безусадочного и напрягающего вяжущего на основе портландцемента. При равнозначном объеме цемента, введение добавки в состав смеси существенно повышает прочность на растяжение—сжатие, и полностью удаляет проблему возникновения трещин.

  1. Expancrete — это сухая неорганическая добавка, компенсирующая усадку. Эффект действия зависит от объема используемой присадки, водоцементного соотношения, фракции и состава заполнителя, а также частоты армирования конструкций. Поэтому, необходимое количество добавки определяют опытным путем.


Расширяющийся бетон необходимо укладывать в опалубку с оптимальным уплотнением и последующим тщательным уходом, обеспечивающим требуемый температурный и влажностный режим, при котором исключаются незапланированные линейные расширения конструкций.

СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений Часть 4

7. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ

И ВЛАЖНОСТНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

7.1. Учет температурных воздействий следует производить:

а) при расчете бетонных конструкций по прочности в соответствии с п. 5.1, а также при расчете их по образованию (недопущению) трещин в случаях, когда нарушение монолитности этих конструкций может изменить статическую схему их работы, вызвать дополнительные внешние силовые воздействия или увеличение противодавления, привести к снижению водонепроницаемости и долговечности конструкции;

б) при расчете статически неопределимых железобетонных конструкций, а также при расчете железобетонных конструкций по образованию (недопущению) трещин в случаях, указанных в п. 6.1;

в) при определении деформаций и перемещений элементов сооружений для назначения конструкций температурных швов и противофильтрационных уплотнений;

г) при назначении температурных режимов, требуемых по условиям возведения сооружения и нормальной его эксплуатации;

д) при расчете тонкостенных железобетонных элементов непрямоугольного сечения (тавровые, кольцевые), контактирующих с грунтом.

Температурные воздействия допускается не учитывать в расчетах тонкостенных конструкций, если обеспечена свобода перемещений этих конструкций.

Читать еще:  Как установить бетонный забор

7.2. При расчете бетонных и железобетонных конструкций следует учитывать температурные воздействия эксплуатационного и строительного периодов.

К температурным воздействиям эксплуатационного периода относятся климатические колебания температуры наружного воздуха, воды в водоемах и эксплуатационный подогрев (или охлаждение) сооружения.

Температурные воздействия строительного периода определяются с учетом экзотермии и других условий твердения бетона, включая конструктивные и технологические мероприятия по регулированию температурного режима конструкции, температуры замыкания строительных швов, полного остывания конструкции до среднемноголетних эксплуатационных температyp, колебаний температуры наружного воздуха и воды в водоемах.

Конкретный перечень температурных воздействий, учитываемых в расчетах бетонных и железобетонных конструкций основных видов гидротехнических сооружений, должен устанавливаться нормами на проектирование соответствующих видов сооружений.

7.3. В расчетах бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений на температурные воздействия при соответствующем обосновании допускается учитывать тепловое влияние солнечной радиации.

7.4. Учет влажностных воздействий при расчете бетонных и железобетонных конструкций должен быть обоснован в зависимости от возможности развития усадки или набухания бетона этих конструкций.

Допускается не учитывать усадку бетона в расчетах:

тонкостенных конструкций, находящихся под водой, контактирующих с водой или засыпанных грунтом, если были предусмотрены меры по предотвращению высыхания бетона в период строительства.

7.5. Температурные и влажностные поля конструкций рассчитываются методами строительной физики с использованием основных положений, принятых для нестационарных процессов.

7.6. Данные о температуре и влажности наружного воздуха и другие климатологические характеристики должны приниматься на основе метеорологических наблюдений в районе строительства. При отсутствии таких наблюдений необходимые сведения следует принимать по СНиП 2.01.01-82 и по официальным документам Государственной гидрометеорологической службы.

Температура воды в водоемах должна определяться на основе специальных расчетов и по аналогам.

7.7. Для сооружений I класса теплофизические характеристики бетона устанавливаются на основании специальных исследований. Для сооружений других классов и при предварительном проектировании сооружений I класса указанные характеристики бетона допускается принимать по табл. 1 и 2 рекомендуемого приложения 2.

7.8. Деформативные характеристики бетона, необходимые для расчета термонапряженного состояния конструкций, допускается принимать:

начальный модуль упругости бетона, МПа, в возрасте менее 180 сут — по формуле

где — безразмерный параметр, принимаемый по табл. 3 рекомендуемого приложения 2;

— возраст бетона, сут;

начальный модуль упругости бетона в возрасте 180 сут и более следует принимать в соответствии с п. 2.15.

Характеристики ползучести бетона следует принимать по табл. 4 рекомендуемого приложения 2.

Для сооружений I класса деформативные характеристики бетона следует уточнять исследованиями на образцах из бетона производственного состава.

7.9. Расчет бетонных и железобетонных конструкций по образованию (недопущению) температурных трещин следует производить по формулам:

а) при проверке образования трещин и определении их размеров

Для образования поверхностной трещины необходимо, чтобы условие (74) выполнялось в пределах зоны растяжения, глубина которой в направлении, перпендикулярном поверхности, была бы не менее 1,3 , где — максимальный размер крупного заполнителя бетона;

б) при недопущении трещин в конструкциях, рассчитываемых по второй группе предельных состояний,

в) при недопущении трещин в конструкциях, рассчитываемых по первой группе предельных состояний,

где и — соответственно нормативное и расчетное сопротивления бетона на осевое растяжение, определяемые в соответствии с п. 2.11;

— коэффициент перехода от нормативного сопротивления бетона на осевое растяжение к средней прочности на осевое растяжение бетона производственного состава, определяемый в соответствии с п. 7.10;

— коэффициент, учитывающий зависимость прочности бетона на осевое растяжение от возраста и принимаемый в соответствии с п. 7.11;

— модуль упругости бетона, определяемый в соответствии с п. 7.8;

— коэффициент условий работы, равный для массивных сооружений — 1,1, для остальных — 1,0;

— работа растягивающих напряжений на соответствующей разности полных и вынужденных температурных деформаций в бетоне:

где — текущее время;

— температура бетона в момент времени ;

— температурный коэффициент линейного расширения бетона;

— деформации бетона, определенные с учетом переменных во времени модуля упругости и ползучести бетона;

— растягивающие напряжения в бетоне:

где — напряжения в бетоне, определенные с учетом переменных во времени модуля упругости и ползучести бетона.

7.10. Коэффициент определяется по формуле

где — коэффициент, зависящий от установленной обеспеченности гарантированной прочности бетона и равный 1,64 при = 0,95 и 1,28 при = 0,90;

— коэффициент вариации прочности бетона производственного состава.

В проектах бетонных и железобетонныx конструкций гидротехнических сооружений следует принимать = 0,135 при = 0,95, = 0,17 при = 0,90.

7.11. Значение в зависимости от возраста бетона следует принимать для строительного периода по табл. 5 рекомендуемого приложения 2, для эксплуатационного периода, как правило, равным 1,0.

Для сооружений I и II классов коэффициент следует уточнять исследованиями на крупномасштабных образцах из бетона производственного состава.

7.12. Для сооружений I и II классов в технико-экономическом обосновании, а для сооружений III и IV классов — во всех случаях допускается расчет по образованию (недопущению) трещин от температурных воздействий производить по формуле

где — температурные напряжения в момент времени ;

— коэффициент, определяемый согласно указаниям п. 5.3;

— предельная растяжимость бетона, определяемая по табл. 6 рекомендуемого приложения 2;

— коэффициент, учитывающий зависимость от возраста бетона, определяемый по табл. 7 рекомендуемого приложения 2.

При определении коэффициента значения следует принимать равными длине участка эпюры растягивающих напряжений в пределах блока. В расчетах по формуле (79) следует принимать при см или при наличии на участке эпюры растягивающих напряжений зоны с нулевым градиентом напряжений.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Усилия от внешних нагрузок и воздействий

в поперечном сечении элемента

М — изгибающий момент;

N — продольная сила;

Q — поперечная сила.

— расчетные сопротивления бетона осевому сжатию соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

— расчетные сопротивления бетона осевому растяжению соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

— расчетные сопротивления арматуры растяжению для предельных состояний первой и второй групп;

— расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению для предельных состояний первой группы при расчете сечений, наклонных к продольной оси элемента;

— расчетное сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой группы;

— начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;

— модуль упругости арматуры;

— отношение соответствующих модулей yпpугости арматуры и бетона .

Характеристики положения продольной арматуры

в поперечном сечении элемента

— обозначение продольной арматуры:

а) для изгибаемых элементов — расположенной в зоне, растянутой от действия внешних усилий;

б) для сжатых элементов — расположенной в зоне, растянутой от действий усилий или у наименее сжатой стороны сечения;

в) для внецентренно растянутых элементов-наименее удаленной от точки приложения внешней продольной оси;

г) для центрально растянутых элементов — всей в поперечном сечении элемента;

— обозначение продольной арматуры:

а) для изгибаемых элементов — расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий;

б) для сжатых элементов — расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий или у наиболее сжатой стороны сечения;

в) для внецентренно растянутых элементов — наиболее удаленной от точки приложения внешней продольной силы.

— ширина прямоугольного сечения, ширина ребра таврового или двутаврового сечения;

— высота прямоугольного, таврового или двутаврового сечения;

— расстояние от равнодействующей усилий соответственно в арматуре и до ближайшей грани сечения;

-рабочая высота сечения ( );

— высота сжатой зоны сечения (бетона);

-относительная высота сжатой зоны бетона, равная

— расстояние между хомутами, измеренное по длине элемента;

— эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения;

— расстояние от точки приложения продольной силы соответственно до равнодействующей усилий в арматуре и ;

— номинальный диаметр арматурных стержней;

— площадь всего бетона в поперечном сечении;

— площадь сечения сжатой зоны бетона;

— площадь приведенного сечения элемента;

— площадь сечений арматуры соответственно и ;

— площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

-площадь сечения отогнутых стержней, расположенных в одной наклонной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

— момент инерции сечения бетона относительно центра тяжести сечения элемента;

— момент инерции приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести;

— момент инерции площади сечения арматуры относительно центра тяжести сечения элемента;

— момент инерции сжатой зоны бетона относительно центра тяжести сечения;

— статический момент площади сечения сжатой зоны бетона относительно точки приложения равнодействующей усилий в арматуре ;

— статические моменты площади сечения всей продольной арматуры относительно точки приложения равнодействующей усилий соответственно в арматуре и .

— надежности по назначению сооружения;

— условий работы сооружения;

— условий работы бетона;

— условий работы арматуры;

— армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры к площади поперечного сечении элемента , без учета свесов сжатых и растянутых полок.

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА ДЛЯ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ

Для чего предназначен деформационный шов в кирпичной кладке и как его правильно выполнить

Какие бывают типы деформационных швов и для чего их делают

Различают два типа швов:

По конструкции они идентичные, но служат для разных целей. Немного подробнее об их предназначении.

Температурно-деформационный шов

Эти швы предназначаются для компенсации температурных деформаций. Из школьного курса физики все знают, что любые тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении.

Знакомый каждому пример из жизни — если два стакана помыть в горячей воде и оставить один в одном, потом когда они остынут их невозможно извлечь друг из друга. Все дело в том, что нагретые они были немного больше в размерах, когда температура снизилась, внутренний диаметр верхнего уменьшился и он плотно зажал второй стакан.

Такие же процессы протекают и в кирпичной кладке стены. Но на первый взгляд кажется, что небольшое незаметное глазу увеличение в размерах неопасно для массивной кирпичной стены.

На самом деле все не так, цена расширения при изменении температур может быть как трещиной, так и разрушением стены. Для того чтобы объяснить это вначале расскажем про такую характеристику материалов как коэффициент температурного расширения.

Коэффициент температурного расширения

Эта величина показывает относительное изменение размеров тела при нагревании на 1 кельвин. Различают коэффициент изменения объема и изменения линейных размеров.

Дальше мы будет говорить об изменении линейных размеров, так как на их примере удобнее показать процессы, протекающие в кладке. В справочниках коэффициент обозначается символами — αL.

Поясним еще несколько моментов, которые могут быть непонятны:

  • Относительное изменение размеров обозначает то, что коэффициент указывает не абсолютную величину. То есть речь идет не о том, на сколько миллиметров или сантиметров увеличится тело, а о том во сколько раз.
  • Изменение температуры в определении дают в кельвинах. Эта величина общепринята в расчетах. Кельвин равен градусу Цельсия (1/100 разницы межу точками замерзания и закипания воды) но в качестве нуля берется абсолютный ноль (температура, ниже которой быть не может) — -273,15 . При расчетах нам нужна разница, так что можно пользоваться привычными градусами Цельсия конечно учитывая плюс и минус (кельвинов со знаком минус нет). Кстати обозначение кельвина «К».
  • Коэффициент может изменяться при уменьшении и увеличении температуры, то есть при минус 100 и плюс 150° его значение может быть разным. Впрочем, эта разница невелика и в справочниках, а также при расчетах, берется значение αL при 20 .
Читать еще:  Можно ли штукатурить гипсовой штукатуркой в ванной

Значения этого коэффициента следующие:

  • для керамического кирпича — 0,000006;
  • для силикатного кирпича — 0,000008;
  • для раствора на основе цемента — 0,00001;
  • для известкового раствора — 0,000009.

Почему температурное расширение опасно для кладки

На первый взгляд коэффициент очень мал и увеличение размеров на доли миллиметра не может разрушить дом. Да это так, для небольших строений.

Однако если здание большое (например, заводской цех) то последствия могут быть серьёзными, смещение на несколько миллиметров приводит к образованию критических напряжений, а затем и трещин.

Не прибегая к сопромату и расчету напряжений просто посчитаем, насколько удлинится 100 метровая стена при перепаде температур от -40 до +40 летом:

  • Узнаем разницу температур — 40+40=80 К.
  • Не беря в учет швы из раствора, умножаем разницу температур на коэффициент линейного теплового расширения для силикатного кирпича — 80х0,000008=0,00064.
  • Получившуюся величину умножаем на длину стены в миллиметрах — 0,00064х100000=64 мм.

Шестьдесят четыре миллиметра это 6,4 см. Попробуйте, сдвинуть на такое расстояние кирпич, не разрушив стену.

Кстати, вернувшись к нашему примеру со стаканом, трескающимся от горячей воды. Коэффициент теплового линейного расширения стекла — 0,000009, почти как у силикатного кирпича. Размеры значительно меньше, но стакан все равно распадается на мелкие осколки.

Поэтому чтобы не возникали разрушающие напряжения, кирпичной кладке дают волю — оставляют промежутки свободного места для расширения. Эти швы и называют температурно деформационными. Через какое расстояние и как их делать мы расскажем ниже.

Усадочные швы

С этими швами все проще. На некоторых грунтах невозможно устроить абсолютно надежный фундамент.

Просадка стен даже на расстояние меньше сантиметра обязательно приведет к образованию трещин в стенах. Причем образоваться они могут в самых опасных и неудобных местах, например, там, где к конструкции приложена большая нагрузка, которая будет увеличивать появившийся дефект.

Чтобы этого избежать трещины устраивают искусственно — делают усадочные швы. Располагают их там, где это удобно конструктору и не опасно для здания.

Требования к температурно деформационным и усадочным швам

При проектировании и строительстве обязательно руководствуются нормативными документами. Для кирпичной кладки это СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».

Рассмотрим требования этого документа, каким должен быть температурный шов в кирпичной кладке, постараемся более понятно изложить то, что написано сухим официальным языком и дать пояснения.

Размещение температурно деформационных швов

  • Швы должны устраиваться в местах, где возможны увеличенные деформации трещины и сдвиги и т. п. Такими местами считаются включения стальных и армированных конструкций, проемы и отверстия. Естественно, что возле каждого окна или двери никто не будет устраивать шов. Поэтому в этом же пункте указывается, что должен проводиться расчет мест их расположения.

Как правило, расчеты сложны, поэтому ими часто пренебрегают, пользуясь указаниями следующего пункта данного СНиПа. Но при этом конечно придется делать швов больше, чем в случае, если деформации были бы просчитаны.

  • Разрешается устраивать швы без расчета, если соблюдаются следующие максимальные расстояния между ними. Далее в подпунктах раздела документа перечисляются требования, когда можно пользоваться этим разрешением. Причем, действует оно именно для неармированных стен.

Для наземных зданий с отоплением, если в них армированные или металлические включения (перемычки) длиной не больше 3,5 м, а простенки межу проемами не уже 0,8 м. Причем кладка возле концов включений должна дополнительно просчитываться на прочность и максимальное раскрытие трещин. Максимальные расстояния приводятся в таблице. Ниже она показана.

Температура наиболее холодной пятидневкиМаксимальное допустимое расстояние между швами, м Для кладки из силикатного кирпича (на основе кварцевого песка и извести), бетонных камней, крупногабаритных блоков из силикатного бетонаДля кладки из керамического (глиняного) кирпича, керамических и камней природного происхождения, крупногабаритных блоков из бетона на основе портландцемента или глиняного кирпичаМарки раствораМарки раствораот 50 и большеот 25 и большеот 50 и большеот 25 и больше Ниже минус 40 40356050 40 60509070 20 °С и ниже 8070120100

Как видите из таблицы, для силикатного кирпича швы нужно делать чаще. Также максимальное расстояние начинается от 35 м, так что для коттеджей в большинстве случаев они не потребуются.

К таблице также прилагаются пояснения:

  • для зданий из крупногабаритных панелей и из кирпича следует действовать согласно инструкции по проектированию зданий из данных строительных конструкций;
  • для промежуточных температур максимальные расстояния можно интерполировать.

Если для кладки использовался бутобетон, то расстояния принимаются из второго столбца таблицы, умноженные на коэффициент 0,5.

Внимание. В этом случае максимальное расстояние может быть от 20 метров, а это уже близко к габаритам коттеджа.

  • Если стены многослойные (а это большинство случаев), то расстояние принимается для основного конструктивного материала стен. То есть, если у нас дом сложен из силиката, а керамический кирпич служит только облицовкой, то максимальный размер между швами берем как для силикатного кирпича.
  • Если помещения неотапливаемы, то расстояния берут тоже по таблице с коэффициентом. Если здание закрыто со всех сторон (например, это гараж) то его принимают 0,6. Для открытых строений (навес и т. п.) он принимается 0,7.
  • Для фундаментов и каменных и крупноблочных стен значение берется по таблице с применением коэффициента 2, если они находятся в зоне сезонного промерзания грунта.
  • Если конструкции, о которых сказано в предыдущем пункте, находятся вне зоны промерзания или построены в районах с вечной мерзлотой, то ограничения не применяются вообще.

Ответим на вопрос, почему для конструкций расположенных в грунте максимальные расстояния увеличены? Все просто — почва защемляет конструкцию и уменьшает ее перемещение.

Также в СНиПе указано, что деформационные швы, находящиеся в местах соединения каменной кладки со стальными или железобетонными конструкциями должны совпадать со швами этих конструкций. При необходимости в каменной кладке устраивают дополнительные швы, которые будут сходиться со швами в металле или железобетоне.

Размещение усадочных швов

Про усадочные швы в документе всего несколько строчек. Предписывается их устраивать в любом случае, когда возможна неравномерная просадка здания. Так что для того чтобы правильно разместить усадочный шов нужно проводить расчеты основания, если грунт на котором планируется строить слабый.

Требования к конструкции температурных и усадочных швов

Также скупо в СНиП описывается и конструкция этого элемента кладки. Указывается только, что надо предусмотреть шпунт или четверть, который заполняется упругим материалом, чтобы ветер не мог продувать стену.

Как правильно сделать деформационные или усадочные швы

Теперь непосредственно о выполнении работ. Как видите, в нормах их конструкция почти не оговаривается. Трудно найти и литературу по данному вопросу. Поэтому дадим практические советы, основанные на существующей проекторной документации и конструкциях зданий.

Расположение усадочных швов

С расположением температурно деформационных швов все понятно, берутся по СНиПу максимальные расстояния между ними (меньше брать можно, но зачем).

Но возникает вопрос — где устраивать усадочные швы? Иногда бывает понятно, что без них не обойтись, грунт слабый и на многих строениях расположенных рядом видны трещины, значит, и наш дом может оказаться в подобной ситуации.

Понятно, исследовать геологию и проводить расчеты, если мы будем строить дом своими руками, никто не будет. Отойдем от СНиПа (если в вашей личной постройке из-за этого пойдут трещины, то за это никто не накажет) и устроим их без расчетов.

Где делать швы решить просто — посмотрите, где в домах чаще всего образуются трещины от усадки, как правило, на расстоянии 1-2 метров от углов. Там и будем делать усадочные швы.

Для больших строений также желательно дополнительно сделать шов в тех местах, где явно меняется структура и свойства почвы. Например, на границе естественного и насыпного грунта.

Какая ширина должна быть у швов?

В нормах об этом тоже ни слова. Но почти всегда ширина шва выбирается в 10-20 мм. Если будете использовать специальные шовные профили для заделки, то выбираем эту величину в соответствии с шириной профиля.

Совет. Чтобы обеспечить не только герметичность, но и теплозащиту, совместно с шовными профилями (они обеспечивают и декоративный эффект) используется дополнительно и теплоизоляционные материалы.

Устраиваем швы

Как уже сказано, швы должны иметь профиль в четверть или в паз. Делая кладку это выполнить несложно в большинстве случаев.

  • Если стена в четверть или полкирпича, то придется стесывать или срезать кирпичи, выбирая в них профиль четверти или гребня и паза. Это отнимает много времени но, как правило, такая кладка небольшой толщины не используется для несущих стен, которые требуют создания усадочных и деформационных швов.
  • При стене в кирпич, эффекта четверти достигаем с помощью порядовки — в районе шва она будет выглядеть примерно так.

Выполняя деформационные швы желательно чтобы раствор, выдавливающийся при установке кирпича, не попал в него и случайно не соединил ряды с обеих сторон. Поэтому распределяем его так, чтобы на гранях кирпичей обращенных ко шву, получалась «пустошовка».

Также если хотите чтобы швы не выделялись на поверхности стены можно выполнить их не в виде вертикальных линий, а зигзагом в соответствии с вертикальной порядовкой. Так проще выполнять кладку, но потом будет труднее заполнять швы изоляционным материалом.

Термостойкость бетона

Температурный фактор оказывает существенное влияние на формирование и изменение свойств бетона. Повышение температуры при твердении ускоряет химические реакции гидратации, что положительно влияет на рост прочности бетона. Резкое ускорение процессов твердения бетонов наступает при температурах 70-95С, и особенно при 170-20С. Однако при недостатке воды в бетоне воздействие повышенных температур замедляет процесс гидратации, снижает прочность бетонов. При полном испарении воды процесс твердения прекращается. Положительное влияние повышенных температур на скорость твердения бетонов послужило основой разработки и широкого применения в технологии железобетонных конструкций тепловлажностной обработки. Бетон нагревают с помощью пара, электроэнергии, инфракрасных лучей и др. При температурах более 100С тепловлажностную обработку ведут в автоклавах и специальных герметичных формах.
Для получения долговечного бетона важно свести к минимуму его деформации при температурном воздействии.
Остаточные деформации имеют место при недостаточном предварительном выдерживании бетона до тепловой обработки, повышенной скорости подъема температуры и ее снижения после отключения подачи пара.
Опасность возникновения трещин при развитии температурных напряжений повышается при обработке изделий большой толщины сплошного сечения или из ячеистых бетонов с повышенным водосодержанием.
Возникновение термических напряжений в бетоне возможно не только при его нагреве от внешних источников тепла, но и в результате саморазогрева за счет экзотермии при твердении. Трещинообразование в массивном бетоне носит обычно термический характер.
Тепловыделение, или экзотермия, бетона является следствием гидратации цемента и структурообразования цементного камня. Анализ тепловыделения (калориметрический анализ бетона) является одним из наиболее объективных высокоинформативных методов исследования, широко используемый при исследовании кинетики процессов твердения цемента, оценке влияния его химико-минералогических и структурных особенностей, эффекта химических добавок, параметров порообразования, льдообразования и др. Обстоятельные исследования применения калориметрического анализа (в различных направлениях) выполнены О.П. Мчедло-вым-Петросяном и А.В. Ушеровым-Маршаком.
Имеется положительный опыт использования калориметрических данных в компьютерных системах и информационных технологиях бетона.
Экспериментальное определение тепловыделения бетонов производится в калориметрах термосного, адиабатического или изотермического типов. Наиболее широкое распространение получили простые по устройству термосные калориметры, недостатком которых является переменный и по существу случайный температурный режим твердения образцов бетона. Для пересчета получаемых данных на изотермический режим твердения разработана расчетная методика установления т.н. эквивалентных сроков, т.е. таких сроков, в которые бетон при постоянной температуре твердения 20°С будет показывать те же величины тепловыделения, какие наблюдаются при проведении опыта в термосном калориметре. Установленная таким путем зависимость изотермического тепловыделения от времени твердения является основной характеристикой бетона для расчета температурных полей в массивных бетонных конструкциях.
В адиабатических калориметрах повышение температуры адекватно температуре в средней части крупных бетонных массивов, однако они сложны по устройству и редко используются на практике. Наиболее предпочтительными являются калориметры изотермического типа, позволяющие поддерживать температуру бетона в процессе измерения тепловыделения на постоянном уровне.
Для приближенной расчетной оценки тепловыделения бетона предложены зависимости, учитывающие удельное тепловыделение цемента, параметры состава бетона, температуру и длительность твердения.
Наиболее удобна для расчетного определения тепловыделения бетона зависимость, учитывающая удельное тепловыделение цемента.

Читать еще:  Марка бетона для площадки под автомобиль

Интенсивные деструктивные процессы при нагревании бетона идут при температуре более 200°С .

Нагрев в интервале 200-400°С приводит к постепенному снижению прочности цементного камня и бетона из-за дегидратации в основном гидроалюминатов, а также распада и перекристаллизации гидросульфоалюминатов кальция. При нагревании свыше 300°С нарушается структура цементного камня и бетона в результате различия деформаций гид-ратных продуктов цементного камня и непрогидратированых зерен цемента.
При 500-600°С идёт разложение гидратных новообразований и дегидратация Са(ОН)2 — продукта гидролиза клинкерных минералов, преимущественно трехкальциевого силиката, что способствует дальнейшему снижению прочности цементного камня.
В интервале 600-700°С возможно модификационное превращение р — 2СаО*SiO2 в у — 2СаО*SiO2, сопровождаемое некоторым увеличением объёма. Портландцементные образцы, прогретые до температуры 600-800°С, полностью разрушаются после выдерживания их в воздушно-сухих условиях в основном в результате вторичной гидратации оксида кальция. При непрерывном нагревании ДО 1200°С прочность цементного камня составляет 35-40% прочности контрольных образцов. При этом развивается значительная усадка — до 1 % и более.
Установление основной причины разрушения цементного камня — гидратации, образующегося при нагреве оксида кальция -позволило разработать основной способ придания ему жароупорных свойств. Этот способ заключается во введении в цемент или бетонные смеси тонкомолотых минеральных добавок, которые химически связывают СаО, не образуют с минералами цемента легкоплавких веществ, являются устойчивыми к воздействию высоких температур и уменьшают усадку цементного камня при нагревании.
Портландцемент по жаростойкости значительно уступает шлакопортландцементу, образующему при гидратации значительно меньшее количество Са(ОН)2. При достаточной величине остаточной прочности на сжатие бетона после нагревания до 800°С и использовании шлакопортландцемента отпадает необходимость введения тонкомолотых добавок.
Специфическим видом разрушения бетона при тепловом воздействии является разрушение под воздействием огня в условиях пожара. Под влиянием высокотемпературного пламени снижается несущая способность бетонных и железобетонных конструкций, а через определённое время под действием огня возможно их разрушение. Снижение прочности бетона в условиях пожара происходит в результате развития внутренних напряжений вследствие различия температурного коэффициента линейного расширения цементного камня и заполнителей. При температуре выше 500°С снижение прочности бетона под воздействием огня усиливается разложением гидроксида кальция и полиморфным превращением b-кварца в а-кварц.
Огнестойкость бетона, также, как и огнестойкость других строи-тельныхматериалов, характеризуется пределом огнестойкости — продолжительностью сопротивления воздействию огня до потери им прочности. Пределом огнестойкости строительных конструкций называется время, в течение которого они сохраняют несущие и ограждающие функции в условиях пожара. Потеря конструкцией несущей способности сопровождается ее внезапным либо очень быстрым обрушением. Ограждающая способность конструкций теряется, когда температура необогреваемой поверхности в среднем возрастает на 160°С и в смежных помещениях возможно самовоспламенение материалов. При этом в конструкциях образуются сквозные трещины, через которые проникают продукты горения и пламя.
Предел огнестойкости определяется испытанием образцов в специальной камере, где тепловой режим поддерживают по стандартной кривой температура-время.
Предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций составляет 2-5 ч. Его повышают, увеличивая толщину бетонного слоя и подбирая соответствующий состав бетона.
Способность бетона противостоять, не разрушаясь, совместному действию напряжений от механической эксплуатационной нагрузки и термических напряжений при определенном числе циклов нагрева и охлаждения либо при температурном градиенте называют термостойкостью. Требования к термостойкости бетона и железобетонных конструкций зависят от их назначения, конкретных условий эксплуатации. Так, термостойкие агрегаты должны сохранять проектную прочность в течение всего нормативного срока эксплуатации, железобетонные колонны в зданиях 1-ой степени огнестойкости при пожаре не должны разрушаться ранее 2,5 ч, покрытие пола горячих цехов должно выдерживать попеременный нагрев и остывание при действии ударных нагрузок.
Существенное значение имеет вид заполнителя. Одним из важнейших факторов, влияющих на термическое расширение и термостойкость бетона, является его влажность. Равновесная влажность тяжелого бетона зависит от проницаемости бетона, степени гидратации и вида вяжущего, относительной влажности и температуры окружающей среды. Например, для тяжелого бетона на портландцементе с В/Ц=0,5 при 1=20°С равновесная влажность колеблется от 0,5 до 6,8% при изменении относительной влажности от 0,15 до 0,95. При интенсивном тепловом воздействии разрушению в большей степени подвергаются поверхностные слои бетона в изделиях и конструкциях с наибольшим градиентом влажности. Давление пара в бетоне в значительной степени зависит от скорости нагрева, проницаемости и начальной влажности. Наибольшее давление пара от теплового воздействия наблюдается при заполнении водой 70-80% порового пространства. Термостойкость бетона увеличивается с уменьшением размера крупного заполнителя, при тщательном приготовлении бетонной смеси и уходе за бетоном при его твердении с целью получения структуры с наименьшим количеством и минимальными по длине трещинами.
Величина коэффициента расширения и термостойкость уменьшаются с возрастом бетона. Большей термостойкостью будет обладать бетон с меньшими значениями модуля упругости, большей теплопроводностью. Важное значение имеет также различие температурных деформаций крупного заполнителя и растворной части. Термостойкость бетона можно увеличить дисперсным армированием температуростойкими волокнами из асбеста, базальта или стальных фибр, конструктивным армированием, применением заполнителей из андезита, базальта, диабаза и других материалов, обеспечивающих минимальное различие температурных деформаций отдельных компонентов.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

  • Цена с доставкой в Троицке (как и везде) складывается как стоимость на самовывоз бетона в троицке + цена доставки.
  • Подробные детали про бетон м200 (класс, стоимость, свойства, круг применения и месторасположение производств)
  • Все данные о бетоне м 350 (стоимость, показатели, сфера использования и пункты отгрузки)

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР

1. Расчетные характеристики бетона и арматуры при нагреве

Железобетонные конструкции отдельных цехов про­мышленных зданий могут подвергаться систематическому воздействию технологических температур выше 50 °С (литейные, электроплавильные и аналогичные горячие цехи).

При систематическом воздействии технологической температуры до 200°С применяют обычный железобетон, на портландцементе (или шлакопортландцементе); если температура выше 200 °С, применяют специальный жа­ростойкий бетон.

‘Ниже рассматриваются конструкции из обычного тя­желого бетона.

Прочность бетона при систематическом нагреве под влиянием нарушения структуры бетона снижается. С повышением температуры до 200 °С снижение прочно­сти при сжатии может достигать 30—40%, что должно учитываться в расчетах конструкций.

Значения расчетных и нормативных сопротивлений бетонов умножают на коэффициенты: уь, уы— учиты­вающие снижение сопротивления бетона сжатию и рас­тяжению при кратковременном нагреве;, уы, уьи — то же,
при длительном нагреве. Значения коэффициентов в за­висимости от температуры нагрева бетона от 50 до 200 °С приведены в табл. XVII.1.

Таблица XVII. I. Значения коэффициентов, учитывающих снижение расчетных и нормативных сопротивлений и модули упругости бетона в условиях систематического воздействия технологических температур

Значенне при температуре иагрева,

Коэффициент температурной усадки при нагреве до 100°С принимают 2,5- • 10—®, при нагреве до 200 °С — аи = 2,25-10-8 (рис. XVI 1.4).

Температурное расшире­ние бетона является обра­тимой деформацией, которая пропорциональна темпера­туре нагрева:

Деформативность бетона при систематическом нагре­ве увеличивается под влиянием снижения модуля упру­гости бетона, значение которого принимается равным:

ЕЫ = ЕЬ рь; (XVII. 5)

Значения коэффициента |3& в зависимости от температу­ры нагрева приведены в табл. XVII. I.

Температурная усадка бетона возникает при первом иагреве и является необра­тимой деформацией, которая увеличивается с повышением температуры нагрева:

1 — температурное расшире­ние; 2 — суммарнав темпера­турная деформация прн пер­вом нагреве; 3— деформации прн повторных нагревах и охлаждениях; 4 — деформация прн охлаждении после первого нагрева; 5 — температурная усадка

Коэффициент температурного расширения при нагреве до 100 °С принимают af = 12,5-10—6, при нагреве до 200 °С — о» = 11,75 ■ 10-6.

Суммарная температурная деформация бетона при нагреве (см. рис. XVII.4) 1

Коэффициент суммарной температурной деформации ] при нагреве до 100 °С принимают сш=10-Ю-6, при на­греве до 200 °С — сш=9,5- Ю-6. ‘і

Нормативное значение плотности тяжелого бетона, высушенного до постоянной массы, принимается равным 2300 кг/м3, а нормативное значение средней плотности железобетона — 2400 кг/м3.

Для армирования железобетонных конструкций, ра­ботающих в условиях систематического воздействия технологических температур до 200 °С, применяют арма­турные стали, предусмотренные для обычных условий,- но с учетом дополнительных требований. Чтобы не утра­чивался эффект упрочнения холодным деформированием,, максимальная температура нагрева проволочной армату­ры классов Bp-I, B-II, Вр-11, а также арматурных кана­тов не должна превышать 150 °С.

При циклическом режиме нагрева предварительно напряженных конструкций, армированных проволочной арматурой или изделиями из нее, температура нагрева арматуры не должна превышать 100 °С. Под цикличес­ким нагревом подразумевается такой режим, при кото­ром не менее чем раз в сутки температура нагрева кон­струкции может изменяться более чем на 30 % или не менее чем раз в неделю на 100 %. При более высокой температуре нагрева расчетные характеристики обыкно­венной арматурной проволоки в сварных сетках и карка­сах принимают такими же, как для арматуры класса A-I.

Прочность стержней и проволочной арматуры при нагреве снижается иа 5—15 %. Расчетные и нормативные сопротивления арматуры умножают на коэффициенты Ys, у si, учитывающие снижение сопротивления арматуры при кратковременном и длительном нагреве (табд. XVII.2).

Модуль упругости стальной арматуры при нагреве до 200°С снижается незначительно (на 4%). В расчетах

Таблица XVII.2. Значение коэффициентов для учета снижения расчетных и нормативных сопротивлений н модуля упругости стальной арматуры в условиях систематического воздействия технологических температур

Ссылка на основную публикацию
"
×
×
"
Adblock
detector