Плиты на грунте могут быть построены с использованием компенсирующего усадку бетона. При этом учитывается конструкция бетонной плиты, изготовленной из цемента, соответствующего стандарту ASTM C 845.
Конструкция бетонной плиты с таким намерением компенсации усадки имеет различия в конструкции по сравнению с обычной конструкцией бетонной плиты. Она в большей степени соответствует спецификации, приведенной в стандарте ASTM C 595.
При высыхании бетона происходит процесс сжатия или усадки, а при намокании – расширение. Этот процесс изменения объема при изменении содержания влаги является свойством, присущим гидроцементному бетону.
Более подробное объяснение этого явления приведено в ACI 224R. Гидравлический цементный бетон подвержен изменению объема даже при изменении температуры.
- Армирование для удержания
- Минимальное армирование
- Место армирования
- Максимальное армирование
- Минимальные уровни армирования
Что такое бетон, компенсирующий усадку?
Компенсирующий усадку бетон можно определить как экспансивный бетон, который подвергается расширению на величину, равную или большую, чем изменение объема, ожидаемое при сушке усадки.
Это означает, что бетон будет должным образом сдержан с помощью арматуры или любого другого источника. Использование бетона, компенсирующего усадку, помогает свести к минимуму появление трещин вследствие усадки при высыхании.
Основная цель такого обеспечения – уменьшение деформаций расширения даже при наличии усадки. Это происходит в идеальных условиях, когда в образце существует остаточное сжимающее напряжение, которое помогает уменьшить усадочные трещины и проблемы скручивания.
Портландцемент и смешанный бетон в компенсации усадки
Эффект укорочения из-за усадки портландцемента и смешанного цементного бетона может быть уменьшен путем их ограничения с помощью арматуры и трения между грунтом и бетонной плитой.
Этот эффект укорочения возникает на ранней стадии и происходит за счет напряжения трения в бетоне. Это напряжение превышает его начальную прочность на растяжение и в конечном итоге приводит к растрескиванию бетонной плиты.
Чем больше усадка при высыхании, тем больше расширяются трещины. Это является более выраженной проблемой технического обслуживания. Если ширина трещин превышает 0,9 мм, то передача нагрузки становится неэффективной.
Уменьшение расстояния между швами, дополнительное распределенное армирование или натяжение после натяжения помогает ограничить трещины, образовавшиеся из-за ограничения усадки.
Разница между бетоном, компенсирующим усадку, и обычным бетоном
Разница между бетоном, компенсирующим усадку, и обычным бетоном более разнообразна в зависимости от конструкции и принципа передачи нагрузки или напряжения.
Основная задача бетона с компенсацией усадки – ограничить проблемы растрескивания и скручивания, наблюдаемые в плитах перекрытия. Этот специальный бетон изготавливается из цемента, соответствующего стандарту ASTM C 845, а не ASTM C 150 или C 595.
Поэтому характеристики изменения объема бетона, компенсирующего усадку, отличаются от характеристик обычной бетонной плиты.
Компенсирующий усадку бетон первоначально проходит две стадии изменения объема. Первая – расширение на этапе твердения, что приводит к увеличению объема. Затем он подвергается усадке при высыхании.
Поведение и характеристики усадки при высыхании аналогичны тем, которые наблюдаются у обычного бетона. Факторы, которые влияют на усадку при высыхании как усадочного, так и обычного бетона, одинаковы.
К факторам, влияющим на усадку при высыхании этих бетонов, относятся:
- Бетонная смесь
- Содержание воды
- Тип и градация заполнителя
- Содержание цемента
Содержание воды в бетоне значительно влияет на скорость расширения в период твердения, а также на скорость сжатия во время сушки усадки.
График, показанный на рисунке 1, иллюстрирует характеристики изменения длины как портландцементного бетона, так и бетона с компенсацией усадки, протестированного по ASTM C 878 (ACI 223).
Характеристики изменения длины бетона с компенсацией усадки и портландцементного бетона (согласно ASTM C 878 (ACI 223))
Расширение, происходящее в бетоне, компенсирующем усадку, сдерживается изнутри с помощью связанной арматуры. Эта связанная арматура находится в напряженном состоянии. Это создает источник растягивающей деформации, которая приводит к сжатию. Это сжатие ослабляется напряжением, вызванным усадкой при высыхании и некоторым количеством присутствующей ползучести.
Основная цель, которая должна быть достигнута при проектировании бетона с компенсацией усадки, заключается в том, чтобы иметь более сдержанное расширение, превышающее долгосрочную результирующую усадку. Это показано на рисунке 2. При таком расположении бетон в конечном итоге остается в сжатом состоянии.
Минимальное расширение бетона в плитах на грунте соответствует рекомендации, данной в ASTM C 878, и составляет 0,03%.
Рис.2. Влияние армирования на усадку и расширение бетона в возрасте 250 дней. В соответствии с Американским институтом бетона 1980.
Толщина и армирование плит перекрытия для компенсации усадки
Определение толщины плит на грунте, изготовленных из бетона, компенсирующего усадку, аналогично определению толщины обычного бетона. В случае армирования особое внимание уделяется следующим соображениям:
Армирование для удержания
Компенсация усадки может быть достигнута путем обеспечения упругого типа сдерживания за счет внутреннего армирования. Другие средства сдерживания, такие как трение грунта, внутренние опоры, наличие смежных структурных элементов, делают конструкцию более неопределенной. Это обеспечивает либо слишком меньшую, либо большую прочность.
Значение коэффициента трения грунта в диапазоне от одного до двух является удовлетворительным. Если мы будем использовать более высокое сжимающее напряжение в бетоне, то возникнет высокое сжимающее напряжение. При этом компенсация усадки будет незначительной. В проекте должно быть указано рекомендуемое армирование в соответствии с ACI 223.
Минимальное армирование
В каждом направлении компенсации усадки минимальный коэффициент армирования должен составлять 0,0015. Это отношение площади арматуры к общей площади бетона. Это минимальное соотношение никак не связано с пределом текучести арматуры.
Расположение арматуры
Расположение арматуры имеет большое значение для перекрытия и внутреннего поведения бетона. Согласно ACI 223, арматура должна располагаться на глубине 1/3 от верха. Такое положение помогает сбалансировать ограничения, создаваемые самим грунтовым основанием.
При использовании подобного типа арматуры необходимо соблюдать осторожность при размещении. Использование более жесткой и широкой арматуры помогает снизить процент армирования. Рекомендуется использовать деформированную проволочную арматуру ASTM A 487 или деформированные стержни ASTM A 615. Допускается использование любой другой стержневой арматуры, например, ASTM A 996 и A 706.
Максимальное армирование
Полная компенсация усадки означает, что растягивающая деформация равна или больше, чем сдерживаемые пятна из-за усадки. На основании исследования, проведенного Кеслером в 1973 году, рекомендуется иметь максимальное армирование, равное 0,6%.
В этот момент деформация из-за сдержанного расширения будет равна деформации усадки. В этом случае деформация также не зависит от предела текучести используемой стальной арматуры.
Можно предотвратить деформацию бетона от усадки, превышающую сдерживаемое расширение, обеспечив меньший процент стальной арматуры.
Необходимый уровень деформаций расширения можно определить по рисунку 3 согласно ASTM C 878. Рисунок представляет собой график, показывающий взаимосвязь между расширением призмы и внутренним армированием, расширением бетонной плиты и соотношением объемных поверхностей.
Рис.3. График между расширением плиты и расширением призмы для различных соотношений объемной поверхности и различных процентов армирования
Предполагаемая усадка элемента определяется из приведенного выше графика с помощью соотношения объемной поверхности в случае различных плит и различных процентов армирования.
Полная компенсация усадки достигается, если результирующее расширение плиты превышает результирующие усадочные деформации. Это и есть требуемая цель. Полученное значение призмы является минимальным значением, которое должно быть определено и проверено в лаборатории.
Проверка значения должна проводиться на пробных смесях и образцах. Согласно ASTM C 878 рекомендуемое минимальное расширение бетона для плит на грунте составляет 0,03 %.
Минимальные уровни сдерживания
Рассел пришел к выводу, что сдерживаемое расширение должно быть больше или равно сдерживаемой усадке (1979). Это расширение в бетоне в значительной степени зависит от способности бетонной смеси к расширению. На это, в свою очередь, влияют цементный фактор, добавки, используемые в бетоне, уровень ограничений, обеспечиваемых как внутри, так и снаружи, а также условия и время твердения.
Следовательно, минимальное количество арматуры, необходимое для полной компенсации усадки, зависит также от потенциальной усадки плиты, сдерживаемого расширения призмы согласно ASTM C 878.
Если расширение плиты больше, чем усадочная деформация, которая имеет соотношение поверхности и объема 6:1, то мы сможем получить полную компенсацию усадки в соответствии с данными, приведенными в Американском институте бетона Расселом в 1980 году.
При использовании низких коэффициентов армирования необходимо соблюдать особую осторожность. Использование легкого армирования приводит к ситуации аварийного опускания слоя арматуры на дно плиты.
Это приводит к таким причинам разрушения, как коробление и растрескивание. Эту проблему можно решить, используя легкую, но жесткую арматуру, например, крупные стержни и проволоку, которые используются с большим шагом.
Максимальное расстояние между арматурой должно быть в три раза больше толщины плиты. Если используется гладкая проволока, расстояние должно быть не менее 360 мм. Большее расстояние подходит для облегчения труда рабочих, но не подходит для проектных требований.
Расстояние между деформированными стержнями, если они используются, аналогично расстоянию между арматурными стержнями. При отсутствии испытаний и проектных расчетов предусматривается минимальное армирование 0,15%.
Читать далее:
Усадочные трещины в бетоне – типы и причины возникновения
Пластические усадочные трещины в бетоне и их предотвращение
Строительство плит на грунте – Проектные соображения на основе ACI и ASTM
Армирование для контроля ширины трещин в плитах на грунте – в соответствии с ACI
- Методы испытания каменной кладки на прочность при сжатии.
- Теория анализа нагрузок Марстона-Спенглера для канализационной санитарной системы.
- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Виды усадки бетона и ее предотвращение.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Как бороться с трещинами из-за усадки?.
- Как уменьшить усадку бетона на строительной площадке? [PDF].