Търси

Пукнатинообразуване на бетона и стоманобетона.

Времето за елиминиране възможността за поява на пукнатини в бетона е преди всичко периодът, преди те да са се появили.

Пукнатинообразуване на бетона 
и стоманобетона

Пукнатинообразуване на бетона и стоманобетона Автор / Източник: ЛИЙФ ГРУПА ПРОЕКТИРАНЕ СИСТЕМИ СД

Пукнатинообразуване на бетона 
и стоманобетона

Пукнатинообразуване на бетона и стоманобетона Автор / Източник: ЛИЙФ ГРУПА ПРОЕКТИРАНЕ СИСТЕМИ СД

Пукнатинообразуване на бетона 
и стоманобетона

Пукнатинообразуване на бетона и стоманобетона Автор / Източник: ЛИЙФ ГРУПА ПРОЕКТИРАНЕ СИСТЕМИ СД

Пукнатинообразуване на бетона 
и стоманобетона

Пукнатинообразуване на бетона и стоманобетона Автор / Източник: ЛИЙФ ГРУПА ПРОЕКТИРАНЕ СИСТЕМИ СД

Пукнатинообразуване на бетона 
и стоманобетона

Пукнатинообразуване на бетона и стоманобетона Автор / Източник: ЛИЙФ ГРУПА ПРОЕКТИРАНЕ СИСТЕМИ СД

PREV NEXT

 

Не буди съмнение твърдението, че времето за елиминиране възможността за поява на пукнатини в бетона е преди всичко периодът, преди те да са се появили. Образно казано, проектанти и строители са поставени в положение да практикуват своеобразна „превантивна медицина”. Това означава предприемане на подходящи мерки, които да доведат до постигане на съответните стандарти за качество на изгражданите конструкции.

Въпреки че отварянето на пукнатини не води автоматично и веднага до снижаване качеството на конструкциите, те все пак са най-малкото нежелани. По-лошото в случая е, че те повишават проницаемостта на бетона с всички произтичащи от това негативни последици – ускоряване процесите на физическо стареене, корозия и драстично понижаване дълготрайността. 

Според дефиницията на Committee 201 of American Concrete Institute (Guide for Making a Condition Survey of Concrete in Service, ACI Journal, Nov. 1968) пукнатините в бетона се дефинират като „ ...непълно физическо разделяне на отделните структурни части на бетона със или без пространство между тях.” [1]. Пукнатините най-общо могат да бъдат дефинирани според генезиса им (фиг. 1.), в частност според посоката на разпространение, ширина и дълбочина. 

В условия на натоварвания, според приетия ЕВРОКОД 2 (EN 1992) „Проектиране на бетонни и стоманобетонни конструкции” [2], който е предназначен да унифицира доказването на съответствието на сградите и съоръженията с основните изисквания на Директивата за строителните продукти (CPD) и съставяне на комплекс от хармонизирани технически спецификации за строителните продукти, именно т.нар. „Стадии ІІ” третира проблематиката с отварянето на пукнатини в стоманобетонното сечение в опънната зона, вследствие нарастване на опънните напрежения над капацитета на бетона в тази зона. Именно в опънаната зона, според постулатите на „Стадии ІІ”, напрегнатото състояние е най-сложно – в зоната на пукнатините напреженията в армировката са най-големи, при условие че твърде малка част от бетона над нулевата линия продължава да работи на опън. В зоната между пукнатините, поради съхранено сцепление между армировка и бетон, напрежението в армировката намалява, а бетонът продължава да работи на опън с променливо напрежение от 0 (в зоната на пукнатината) до максимална стойност (в средата на зоната между две пукнатини).

Пак според ЕВРОКОД 2 стоманобетонните конструкции се оразмеряват по две групи гранични състояния – по носеща способност и по деформации и пукнатини.

Според първото гранично състояние стоманобетонните конструкции се осигуряват срещу:

пластично, крехко или друго по характер разрушение, като в някои случаи се взема под внимание дефромирането на конструкцията преди разрушение;

загуба на устойчивост на формата на конструкцията или за нейното проектно положение;

разрушаване от умора – изчисления за многократно повтарящи се натоварвания, вкл. подвижно и вибрационно;

разрушаване под  съвместно въздействие на  силови фактори и неблагоприятно влияние на външната среда (периодично или постоянно действие на агресивна среда, променливо замразяване и размразяване, променливо водно ниво и пр.). 

Според второто гранично състояние стоманобетонните конструкции се осигуряват срещу:

недопустими деформации (провисвания, завъртане и трептения);

образуване на пукнатини (в случаи когато те са недопустими) и срещу недопустимо или продължително отваряне на пукнатини с ширина над допустимата.

 

По-нататък в изложението акцентът се поставя върху развитието и контрола на процеси на пукнатинообразуване, предизвикани от т.нар. вътрешно-присъщи фактори, изключващи разгледаните случаи на комбинации от статични и динамични външни натоварвания.

Подобно на много други строителни материали, бетонът като крехък материал е подложен на несилови въздействия, водещи до обемни изменения (т.нар. сводобни деформации) – циклично омокряне и изсушаване, температурен градиент и пр. Обемни изменения, предполагащи развитие на напрежения (обикновено опънни), надвишаващи капацитета на бетона в съответно структурно състояние, логично водят до пукнатинообразуване. Тези обемни изменения могат успешно да бъдат ограничавани чрез отделяне на подобаващо внимание и оптимизиране на редица фактори като:

Минерален състав, форма, повърхност и зърнометрия на добавъчните материали, които пряко влияят на коефициента на температурно разширение на бетона, степента на съсъхване, пълзене и релаксация на напреженията, породени от свободните деформации; 

Динамиката в условията на полагане и обработка на бетонната смес;

Количество направна вода;

Ненужно високо циментово съдържание;

Прекалено ранно изливане на вода върху прясно положената бетонна повърхност;

Повърхностна карбонизация вследствие съдържанието на въглерод във въздуха;

Неравномерно слягане на земната основа при изграждане на плочи на земна основа;

Термовлажностни условия и грижи за бетона при отлежаване;

Изпарение на повърхностната вода, причинено от водоотделяне и разслояване на бетонната смес;

Загуба на вода, дължащо се на протичане на нерегламентирано бързи хидратационни процеси;

Неподходящо подбрани химически добавки.

 

2. КОНТРОЛ НА ПРОЦЕСИТЕ НА СЪСЪХВАНЕ

Съсъхването е вътрешно-присъща косвена характеристика на протичащите процеси на структурообразуване и втвърдяване на бетона. Накратко казано, съсъхването е изменение на обема, причинено от загуба на физически и химически свързана вода. Както вече бе подчертано, размерът му се влияе от редица фактори, включително вида на цимента и добавъчните материали, водосъдържанието, състава на бетона, методите на полагане, обработка и грижите за бетона след полагане, температурата и влажността на средата и пр. Известно е, че значителен процент от размера на съсъхването се формира през първите часове и дни на свързване и втвърдяване на бетона. По принцип контролиран размер на съсъхване се наблюдава при бетони с нисък коефициент на температурно разширение, нисък еластичен модул и висока опънна якост. За съжаление последните две важни характеристики са физически несъвместими.

В доструктурен стадий в бетонната смес доминира физическото съсъхване, докато в процеса на структурообразуване и втвърдяване химическите взаимодействия, свързани с миграционна динамика на водни молекули влияят осезаемо върху размера на съсъхването.

Химическият състав на цимента няма голямо значение за размера на съсъхването, въпреки че високоалуминатните цименти са по-склонни на съсъхване при равни други условия. Повишеното гипсово съдържание може да редуцира донякъде размера му. Разбира се, с нарастване ситността на цимента съсъхването се увеличава, осбено в ранните стадии на хидратация.

За контролиране размера на съсхването следва да се спазват съответни правила и да се вземат адекватни предпазни мерки.

 

2.1. Мерки при проектирането на бетонни 

и стоманобетонни  конструкции

При проектирането на конструкциите следва да се отчитат ограничителните условия, свързани с динамиката на обемните изменения, едновременно при повишена и понижена температура. Организирането на съответни фуги през съответно изчислени интервали е непосредствена задача за решаване. Относителната ширина и дълбочина на евентуалните пукнатини трябва да бъдат съобразявани чрез съответен рационален подбор на твърда противосъсъхвателна армировка или дисперсна армировка. Трябва да се избягват организирането на полета с остри ъгли и зони с възможна концентрация на напреженията. Ако това е невъзможно, следва да се предприемат мерки за недопускане на пукнатинообразуване в тези зони – допълнително армиране, ограждане на конфликтната зона чрез организиране на привидни (рязани) фуги и пр. 

2.2. Мерки при проектиране състава на бетона

Преди всичко следва да се предвижда използването на надлежно изследвани и с доказани физико-механични характеристики материали за бетона – тип цимент от съответен производител, добавъчни материали и адекватни на условията на експлоатация химически добавки. Трябва да се избягва проектирането на прекалено богати на циментово съдържание смеси – нещо, което често се прави в случаи на некачествени добавъчни материали.

Типът и размерът на добавъчните материали са от изключително значение, особено като се отчете непосредствената им връзка с необходимата направна вода за постигане на желаната консистенция. Логично от такава гледна точка, стига да няма конструктивни ограничения, е използването на едри добавъчни материали с по-висок  номинален размер на фракцията. И една чисто практическа препоръка, която като че ли е и неосъзната, но е обичайна практика в нашите условия на производство – добавъчните материали да бъдат предварително омокрени преди влагане в бетонната смес.

Количеството на направната вода е решаващ фактор с доминиращо влияние върху размера на съсъхването. Една не толкова известна зависимост сочи, че нарастването на водата с 1% води до нарастване на съсъхването с 2% [3]. Това означава, че желаната обработваемост на бетонната смес трябва да се постига с възможно минимално количество вода – оттук и особената степен на значимост на използване на подходящо подбрани водоредуциращи химически добавки (фиг. 2), както и необходимостта от строг контрол по отношение на нерегламентираното увеличаване на водата при полагане на бетонната смес на местостроежа.

На фиг. 2 са показани тестове за определяне размера на съсъхването на контролен бетон с клас по якост на натиск В25 и консистенция К3 без химически добавки (контролен) и такъв с включен суперпластификатор SUPAFLO в препоръчитилните от производителя DON CONSTRUCTION PRODUCTS Ltd., Англия, граници. Налице е чувствително намаление на размера на съсхването.

Влагането на дисперсна армировка от полипропиленови фибри от типа FIBERMESH® води до особено добри резултати, включително до пълно елиминиране на пукнатинообразуването от съсъхване, което е дискутирано вече в множество други наши публикации [4, 5].

2.3. Мерки при полагане 

и обработка на бетона

Ако полагането става върху стара бетонна повърхност, то тя трябва да бъде подходящо обработена – най-малкото предварително водонаситена, в частност и чрез полагане на подходящ адхезионен слой. При полагане върху уплътнена земна основа има два подхода – директно полагане и отделяне на бетона от основата с полиетиленово фолио. Второто е за предпочитане по отношение минимизиране размера на съсъхването.

Необходимо е внимателното отношение при изпълнението на необходимите кофражни работи. Кофражите трябва да са точно и неподвижно фиксирани в план и на ниво. Всякакво нерегламентирано преместване по време на бетонирането води до негативни последици. Същото се отнася и до тяхната степен на водонепроницаемост, което, ако не е изпълнено, веднага води до допълнително абсорбиране на вода в зоната на контакта с бетонната смес и развитие на локално ускорено съсъхване.

Полагането на бетона следва да бъде съчетано с необходимото технологично уплътняване на сместа. При работа в екстремни температурни условия (ако те не могат да бъдат избягнати) следва да се вземат съответни технологични мерки – различни за работа при високи и ниски температури. Използването на различни способи за предпазване на повърхността от прекалено бързо изсушаване (фолио, сенници, повърхностно филмообразуване чрез подходящи течни мембрани и пр.), респ. замръзване (покриване с изолационни материали, вата, рогозки, противозамръзващи добавки и пр.), са от особено значение.

Полагането на бетона трябва да става равномерно, като особено внимание се отделя на качественото уплътняване в зоните около кофражните страници, ъглите, в зоните на сгъстена армировка и пр. Повърхностната обработка (подравняване на ниво, ръчно или машинно мастаросване, шлайфане и пр.) трябва да се извършва по предписаните в съответните технологични регламенти способи.

Пукнатионообразуването може да се избегне до голяма степен със стартиране на съответни операции и грижи за бетона след финишната обработка.

Мерките за предотвратяване на пукнатинообразуването, причинено от развитие на свободни деформации в бетона е задача, чието решение изисква комплексен подход и съответно наличие на определено ниво на техническа култура от страна на проектанти и строители. Не бива да се забравят множеството негативни последици за експлоатационното състояние и дълготрайността на бетонните и стоманобетонните конструкции, ако се стигне до развитие на подобни процеси. Именно в такава връзка са описаните по-горе набор от мерки, които, без да претендират за изчерпателност, са база за полезна дискусия.

 

Автор: Ст.н.с. д-р инж. Валерий Найденов инж. Стефан Драганов, ЛИЙФ ГРУПА ПРОЕКТИРАНЕ СИСТЕМИ СД

Изпрати на E-mail
 

За да оцените и/или коментирате е необходимо да сте регистриран потребите!

Влез в Профила си Регистрация


На сайта на ka6tata.com

затвори