Коэффициент линейного расширения бетона

Коэффициент линейного расширения бетона

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.

Процесс образования трещин

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.

Это:

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.

График изменения величины усадки во времени

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

Сравнительные характеристика вяжущих

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.

Свойства

Свойства конструкций с расширяющими добавками

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.

Источник: https://probetonstroy.com/koeffitsient-lineynogo-rasshireniya-betona/

Линейное тепловое удлинение материалов

Так же, как и здание после строительства может дать «усадку», некоторые материалы, напротив, со временем увеличиваются или удлиняются. Это явление в физике называется тепловым расширением, потому что возникает оно по мере того, как на твердое тело воздействует высокая температура. Оно становится причиной увеличения площади, поэтому фактор расширения необходимо принимать во внимание при строительстве автомагистралей и зданий.

К примеру, при возведении дома с железобетонными элементами в климатических условиях, близким к тропическим или южным, строители могут не учесть вероятность линейного расширения. Впоследствии увеличенные металлические конструкции могут привести к повреждению других механизмов и преждевременному разрушению всей конструкции.

Подобный пример можно привести и при строительстве железнодорожных рельс. Нагреваясь под прямыми лучами солнечного света, молекулы металла расширяются и удлиняются. В холодное время года рельсы напротив, укорачиваются. Хотя это сложно заметить невооруженным взглядом, с целью безопасности нужно учитывать это при строительстве с применением не только металла, но и камня, даже пластика.

Как определить температурное линейное расширение

Чтобы избежать негативных последствий расширения материалов, используются специальные термометры. Они чувствительны к малейшим изменениям температуры. Но лучше предусмотреть возможные изменения и перестраховаться еще на стадии планирования производства. Для этого разработан онлайн-калькулятор, который моментально демонстрирует:

• коэффициент линейного теплового расширения;
• удлинение по осям Х, Y и Z;
• величину, на которую удлиняется материал при заданной температуре.

Все, что нужно сделать для этого – выбрать из выпадающего списка нужный материал, выбрать его параметры: толщину, дину и ширину. Если нужно конкретно узнать его состояние при той или иной температуре, можете выбрать и эту функцию на сайте. Отметим, расчеты проводятся относительно начальной температуры материала 0°C. Ответы выдаются на анализе коэффициентов линейного теплового расширения, и расчетам, которые уже проведены и запрограммированы на сайте. Система реагирует на изменения и самостоятельно выполняет подсчет.

Какие материалы чаще всего подвергаются расширению

Прежде всего, это – металлы: алюминий, купрум, медь. Среди камней можно отметить гранит базальт, кварцит и даже кирпич. Аналогично на высокие температуры реагируют дерево, сложные штукатурки и стекло. Из вышеперечисленных материалов наименьший коэффициент теплового расширения имеют:

• клинкерный и стеновой кирпич;
• дерево;
• штукатурка;
• базальт;
• стеновой кирпич.

Для сравнения, наибольший показатель – у алюминия, стали и меди. К примеру, КТЛР алюминия составляет 24•10-6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали. Поэтому монтаж трубопровода невозможен без предварительных расчетов, особенно если планируется использовать алюминиевые трубы для горячего водоснабжения или отопления. Изменение длины трубопровода при перепадах температуры определяется по формуле

dL = a • l • (tmax – tc), мм, где:

• а – КТЛР материала, из которого изготовлена труба или другое изделие;
• tmax – наибольшая температура, которой достигает теплоноситель;
• tс — температура окружающей среды на момент установки конструкции;
• l — длина трубопровода.

Также есть специально составленные таблицы значений среднего температурного коэффициента линейного расширения различных материалов. Но прибегать к ним и сложным расчетам не обязательно, если под рукой есть интернет и безошибочное решение можно получить с помощью калькулятора за считанные минуты.

Источник: https://webcala.net/kalkulator/materialov/koeficient-lineynoye-rashireniye-materialov/