§ 5. Усадка и набухание бетона

При твердении на воздухе происходит усадка бетона, т. е. бетон сжимается и линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционный составляющих. Как показали исследования А. Е. Шейкина и С. В. Александровского, испарение воды из цементного геля сопровождается сближением его частиц и является причиной влажностной усадки. В этом смысле усадку бетона можно назвать «укорочением» от высыхания. Карбонизация содержащегося в цементном камне гидрата окиси кальция с переходом его в углекислый кальций также вызывает усадку, особенно заметную в ячеистых бетонах. Обычные измерения дают общую величину усадки бетона, слагающуюся из влажностной и карбонизационной составляющих. Контракционная составляющая усадки, вызванная уменьшением абсолютного объема системы цемент — вода, невелика и составляет всего около 10% от влажностной усадки.

Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне.

Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня (рис.79).

Рис. 79. Кривые усадки: 1 — цементного камня; 2 — раствора; 3 — бетона

Рис. 80. Кривые деформации бетона (а) и изменения его влажности (б), вызванные попеременным высыханием и увлажнением (восходящие ветви — усадка, нисходящие — набухание) (по С. В. Александровскому)

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания (рис. 80), которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.