Co to jest skurcz i pełzanie betonu?

Skurcze , które powodują skutki uboczne w czasie, są następstwem różnych procesów fizycznych i zastosowania. Jest to naturalny proces zachodzący w betonie i może oznaczać pęknięcia lub deformacji, jeśli nie zostaną odpowiednio zastosowane w wynikach konstrukcji.

Skurcz plastyczny betonu to zjawisko zmniejszania objętości świeżego betonu (w stanie plastycznym) przed rozpoczęciem wiązania. Główną przyczyną jest szybkie odparowywanie wody z powierzchni betonu, co prowadzi do powstawania naprężeń i w efekcie mikropęknięć lub rys skurczowych (segregator na egzamin ustny - pytania i opracowane odpowiedzi).

Szybkie odparowanie wody z powierzchni betonu, spowodowane jest wysoką temperaturą otoczenia, silnym wiatrem, który przyspiesza odparowanie oraz niską wilgotnością względną powietrza (sucha pogoda). Nieodpowiednia pielęgnacja świeżego betonu czyli brak zabezpieczenia przed utratą wilgoci przyczynia się do skurczu plastycznego betonu.

Skurcz chemiczny betonu

Skurcz chemiczny to skurcz, który występuje w wyniku hydratacji cementu czyli reakcji chemicznej między cementem a wodą. W trakcie tej reakcji zmniejsza się objętość składników, ponieważ produkty hydratacji (np. związki krystaliczne) mają mniejszą objętość niż pierwotne reagenty (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - wersja na komputer).

Proces hydratacji cementu prowadzi do powstawania produktów o strukturze krystalicznej. Produkty hydratacji mają mniejszą gęstość niż pierwotne materiały (cement + woda). W efekcie beton w trakcie wiązania i twardnienia kurczy się, nawet jeśli wilgoć jest wciąż obecna. Skurcz chemiczny ma mniejszy wpływ niż np. skurcz wysychania, ale jest istotny dla mikrostruktury betonu. Powstające mikropory i mikrospękania mogą wpływać na trwałość betonu w dłuższym okresie.

Aby ograniczyć skurcz chemiczny należy stosować domieszki mineralne (np. popioły lotne, mikrokrzemionki), które mogą modyfikować proces hydratacji. Dobór odpowiedniej ilości cementu i niskiego współczynnika w/c (woda/cement). Pielęgnacja betonu, aby proces hydratacji przebiegał równomiernie i bez nadmiernych strat wilgoci. Skurcz występuje, gdy beton już stwardnieje, a wilgoć odparowuje z jego struktury. Proces ten prowadzi do zmniejszenia objętości betonu, co może powodować naprężenia rozciągające, a w efekcie pęknięcia w konstrukcjach betonowych. Woda znajdująca się w porach betonu odparowuje, zwłaszcza w warunkach niskiej wilgotności i wysokiej temperatury. W wyniku utraty wilgoci dochodzi do zmniejszenia objętości betonu. Beton, będąc materiałem słabym na rozciąganie, nie wytrzymuje powstałych naprężeń i tworzą się pęknięcia skurczowe. Skurcz wysychania jest naturalnym procesem, który występuje, gdy beton traci wilgoć. Jest to główna przyczyna pęknięć w konstrukcjach betonowych, dlatego kluczowe jest odpowiednie projektowanie mieszanki betonowej oraz właściwa pielęgnacja betonu w początkowych etapach jego dojrzewania (segregator aktów prawnych).

Charakterystyka skurczu karbonatyzacyjnego

Charakterystyka skurczu karbonatyzacyjnego zachodzi powoli w warunkach naturalnych, gdy beton jest wystawiony na działanie powietrza i wilgoci. Szczególnie narażone są elementy betonowe o dużej powierzchni i niewielkiej grubości. Proces zachodzi głównie w starych konstrukcjach betonowych lub tam, gdzie beton ma słabą jakość (duża porowatość). Skurcz karbonatyzacyjny jest wynikiem reakcji dwutlenku węgla z wodorotlenkiem wapnia w betonie, co prowadzi do jego kurczenia się i osłabienia. Jest to proces długotrwały, ale jego konsekwencje, takie jak pęknięcia i utrata ochrony zbrojenia, są istotne dla trwałości konstrukcji (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - aplikacja na telefon).

Skurcz karbonatyzacyjny występuje, gdy dwutlenek węgla z powietrza reaguje z wodorotlenkiem wapnia obecnym w betonie. W wyniku tej reakcji powstaje węglan wapnia, co prowadzi do zmniejszenia objętości betonu i jego kurczenia się. Charakterystyka skurczu karbonatyzacyjnego zachodzi powoli w warunkach naturalnych, gdy beton jest wystawiony na działanie powietrza i wilgoci. Szczególnie narażone są elementy betonowe o dużej powierzchni i niewielkiej grubości. Proces zachodzi głównie w starych konstrukcjach betonowych lub tam, gdzie beton ma słabą jakość (duża porowatość).

Skurcz termiczny

Skurcz termiczny występuje w wyniku zmian temperatury, które powodują rozszerzalność lub kurczenie się betonu. Gdy temperatura rośnie, beton rozszerza się, natomiast podczas obniżania temperatury ulega skurczeniu. Beton, jak większość materiałów budowlanych, zmienia swoją objętość pod wpływem temperatury. Wzrost temperatury powoduje rozszerzanie betonu. Spadek temperatury prowadzi do kurczenia się betonu. Jeśli zmiany objętości są ograniczone (np. przez zbrojenie lub inne elementy konstrukcji), w betonie powstają naprężenia termiczne, które mogą prowadzić do pęknięć. Zakres i szybkość zmian temperatury im gwałtowniejsze zmiany, tym większe ryzyko uszkodzeń. Rodzaj betonu różne rodzaje betonu mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Warunki otoczenia skurcz termiczny może wystąpić w wyniku działania warunków pogodowych (upał, mróz) (uprawnienia budowlane).

Aby ograniczyć skutki skurczu termicznego skuteczne są dylatacje termiczne czyli projektowanie przerw dylatacyjnych, które pozwalają na swobodny ruch betonu. Stosowanie osłon, powłok ochronnych lub izolacji cieplnej jako ochrona betonu przed gwałtownymi zmianami temperatury. Odpowiedni dobór materiałów takich jak beton o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej. Stosowanie zbrojenia kompensującego minimalizuje ryzyko pęknięć. Zmiany skurczu betonu to przede wszystkim powstawanie rys i pęknięć , które osłabiają efekt, deformacje elementów betonowych, obniżenie trwałości i szczelności betonu. Skurcz jest ważnym zagadnieniem w inżynierii budowlanej, ponieważ ma wpływ na trwałość i trwałość konstrukcji.

Pełzanie betonu

Pełzanie betonu to zjawisko stopniowego odkształcania się betonu pod wpływem długotrwałego obciążenia, które występuje, nawet gdy wartość tego obciążenia pozostaje stała w czasie. Jest to odkształcenie plastyczne, które postępuje w miarę upływu czasu i wynika z właściwości reologicznych betonu (program egzamin ustny).

Pod wpływem długotrwałego obciążenia, struktura betonu ulega stopniowej reorganizacji ziarna kruszywa i zaczyn cementowy przesuwają się względem siebie. Powstają mikroodkształcenia i mikroprzesunięcia w matrycy betonowej. Proces ten nie jest natychmiastowy i zachodzi powoli w czasie, w przeciwieństwie do odkształceń sprężystych, które są natychmiastowe.

Odkształcenia konstrukcji

Odkształcenia konstrukcji wynikające z pełzania mogą prowadzić do ugięć elementów betonowych, takich jak belki czy stropy. Pełzanie betonu to stopniowe odkształcenie materiału pod wpływem długotrwałego obciążenia. W przypadku elementów konstrukcyjnych, takich jak belki czy stropy, pełzanie powoduje powolne ugięcie, które z czasem może przekroczyć wartości projektowe. Jest to szczególnie istotne w konstrukcjach o dużych rozpiętościach lub poddawanych stałym obciążeniom, jak mosty czy stropy w budynkach.

Pełzanie betonu może spowodować zmianę układu sił w konstrukcji żelbetowej, ponieważ beton pod wpływem długotrwałego obciążenia ulega odkształceniom, co przenosi dodatkowe naprężenia na zbrojenie stalowe. Beton ulega stopniowym odkształceniom pod wpływem stałego obciążenia. Ze względu na to, że beton i stal współpracują w konstrukcji żelbetowej, odkształcenia betonu prowadzą do przeniesienia części naprężeń na zbrojenie stalowe. W rezultacie zbrojenie musi przejąć większe obciążenia, co może prowadzić do zwiększenia naprężeń w prętach zbrojeniowych, a także pogorszenia bezpieczeństwa i trwałości konstrukcji, jeśli efekt pełzania nie został uwzględniony w obliczeniach projektowych.

Ograniczenie pełzania betonu

Uszkodzenia konstrukcji w ekstremalnych przypadkach pełzanie betonu może prowadzić do powstawania pęknięć lub nawet awarii konstrukcji, szczególnie gdy długotrwałe obciążenia przekraczają zdolność betonu do przenoszenia naprężeń. Długotrwałe obciążenie powoduje powolne i trwałe odkształcenia betonu. Beton, jako materiał kruchy, nie toleruje dużych naprężeń rozciągających ani trwałych deformacji. W skrajnych sytuacjach, gdy obciążenie jest zbyt duże lub pełzanie nie zostało uwzględnione, może dojść do awarii konstrukcji  (opinie o programie).

Aby ograniczyć pełzanie betonu, należy podjąć odpowiednie kroki w zakresie projektowania mieszanki betonowej, projektowania konstrukcji oraz eksploatacji betonu. Aby ograniczyć pełzanie betonu, kluczowe jest stosowanie betonu wysokiej jakości z niskim w/c i dodatkami mineralnymi. Zbrojenie konstrukcji w celu kontrolowania odkształceń. Unikanie przedwczesnego obciążania i odpowiednia pielęgnacja w początkowych etapach twardnienia. Uwzględnienie pełzania już na etapie projektowania konstrukcji, aby zapewnić jej trwałość i bezpieczeństwo.