Contracția betonului

Retragerea este o modificare a volumului care suferă betonul în timpul etapei de prindere și întărire cauzată de eliminarea progresivă a apei conținute în pasta de ciment.
Acest fenomen este independent de sarcină, deoarece intervine și în absența sarcinilor aplicate și determină o contracție (contracție în limba engleză) a jetului sau o umflare (umflare), în funcție de faptul dacă, după forma decupării, ia maturitatea se plasează în aer nesaturat respectiv de abur sau apă.
Prin urmare, diferă de fluaj și relaxare, care sunt dependente de sarcini.
Acest fenomen este cu atât mai marcat cu cât pierderea apei din masă este mai rapidă și determină apariția fisurilor cu consecințe consecvente asupra durabilității conglomeratului.
Pentru structurile expuse permanent într-un mediu cu umiditate relativă mai mare de 95%, contracția este practic zero și, după cum sa menționat deja, acest fenomen este inversat devenind expansiv dacă structura este scufundată în apă.
Contracția și fluajul reprezintă deformările amânate ale betonului ; în cazul contracției, vorbim de deformare amânată în timp cu o structură descărcată.
Agregatele care alcătuiesc betonul nu participă la contracție, dimpotrivă se opun proporțional cu rigiditatea lor și, prin urmare, cu modulul lor elastic (E).
Prin urmare, contracția scade pe măsură ce crește cantitatea de agregat (i) și doza de ciment (c) scade, adică odată cu creșterea raportului agregat / ciment (i / c).
Mai mult, cu același i / c, cu cât pasta de ciment va fi mai puțin poroasă, cu atât raportul apă / ciment (w / c) este mai mic.

Tipuri

Se disting două tipuri semnificative de contracție, una pe termen scurt și alta pe termen lung, datorită pierderii de apă din cauza evaporării care au efectul variației dimensionale a produsului.

Contracție plastică

Contracția plastică sau pe termen scurt este contracția care apare la câteva ore după turnare atunci când betonul este încă tânăr și, prin urmare, este încă în faza plastică.

În această fază, betonul plastic suferă o contracție datorită evaporării apei de la suprafața turnării către un mediu de vapori nesaturați (HR <95%).

O viteză de evaporare excesivă poate induce tensiuni modeste la tracțiune care, totuși, datorită modulului elastic scăzut al conglomeratului de ciment în această fază, pot depăși rezistența la tracțiune foarte modestă a materialului, provocând fisurile tipice de suprafață.
Contracția din plastic se termină atunci când betonul a atins o rezistență la compresiune de cel puțin 1 N / m ² .
Acest tip de contracție este accentuat în special în structurile în care raportul suprafață / volum este ridicat.
Pentru a reduce contracția plasticului, este necesar să se garanteze o întărire adecvată protejată a betonului (de exemplu membrane anti-evaporare, nebulizare a apei) începând de la sfârșitul turnării, ceea ce contracarează pierderea de apă din amestec sau folosind plase contrastante sau fibre.

Retragere higrometrică

Contracția higrometrică sau de uscare sau hidraulică este cauzată de evaporarea apei conținute de conglomerat către mediul extern de vapori nesaturați (RH <95%) și are loc de-a lungul vieții utile a conglomeratului chiar dacă cea mai mare parte a acestui fenomen are loc în prima luni (condimente).
Această contracție depinde practic de formarea în interiorul porilor capilari, inițial saturați cu apă, a meniscurilor care, datorită tensiunii superficiale, provoacă contracția pastei de ciment.
Acest fenomen depinde în principal de factori de mediu, cum ar fi temperatura externă, umiditatea relativă (HR <95%) și de raportul și viteza aerului, precum și de raportul apă / ciment, de fapt un exces de apă liberă determină o creșterea contracției.
Pentru a contracara contracția, se recomandă reducerea raportului apă / ciment, creșterea raportului agregat / ciment și, mai presus de toate, umezirea constantă a lucrării, mai ales în primele zile de întărire ( întărire umedă ).
Toate structurile neimersate sunt potențial afectate de contracție hidraulică.
Contracția higrometrică este principala cauză a formării fisurilor superficiale.
În mod normal, atunci când se face referire la contracția betonului, ne referim la contracția hidraulică, care este mai periculoasă pentru durabilitatea lucrării, deoarece apare atunci când betonul este întărit.
Atât Eurocodul 2, cât și standardele tehnice consideră o deformare a contracției obținută ca urmare a contracției higrometrice.

Retragere autogenă

Contracția se datorează și din motive interne în beton în absența variațiilor higrometrice și termice, în acest caz vorbim de contracție autogenă ^[1] sau contracție chimică .
Este cauzată de hidratarea cimentului.
De fapt, deși produsele de hidratare ocupă un volum mai mare decât cel ocupat de reactanții constând din apă și ciment anhidru, procesul de hidratare duce la formarea porilor capilari. Prin contracție autogenică înțelegem, prin urmare, acea contracție care apare, fără variații higrometrice sau termice, datorită unui trecere a apei de la cei mai mari la cei mai mici pori. Prin urmare, porii mai mari tind să se contracte.
Această contracție depinde în principal de conținutul de ciment utilizat pentru ambalarea amestecului. Contracția autogenă apare în principal atunci când betonul este deformabil din plastic, și anume în perioada dintre începutul și sfârșitul prizei .
Hidratarea suplimentară a cimentului în timpul întăririi provoacă o contracție neglijabilă, provocând în același timp o creștere a porozității capilare interne.
Contracția autogenă este mult mai mică decât cea de la uscare.

Evoluție în timp

Retragerea are loc pe perioade foarte lungi (până la 28 de ani), dar cu o viteză în scădere rapidă în timp.
În mod normal:

• 14 - 34% evoluează în primele 2 săptămâni;
• 40 - 80% evoluează în primele 6 luni;
• 66 - 85% evoluează în primul an.

Conform legislației actuale, reducerea procentuală datorată contracției poate varia de la 0,20x10 ⁻³ la 0,40x10 ⁻³ .
Deoarece coeficientul de dilatare termică a betonului este de aproximativ 1x10 ^-5 , contracția este echivalentă cu o contracție termică de 20 ÷ 40 ° C.

Cauzele și evoluția fenomenului crack

Contracția higrometrică este o contracție a betonului, cauza contracției este scăderea progresivă a apei necombinate chimic conținute în pasta de ciment care se evaporă către un mediu nesaturat.
Acest fenomen este mult redus pentru jeturile păstrate într-un mediu umed și, după cum sa menționat deja, schimbă direcția pentru jeturile cufundate în apă.
Explicația acestui comportament se găsește în tensiunea superficială a apei care rămâne în porii capilari .
De fapt, ca urmare a pierderii de apă în medii de aburi nesaturate (HR <95%), se formează meniscuri de apă, responsabile de atracția dintre suprafețele particulelor de ciment hidratat (constând în principal din fibre de silicat de calciu hidratate - CSH ).
Atracția fibrelor CSH determină contracția higrometrică.
Atracția se referă în principal la porii cu diametrul cuprins între 2,5 și 50 nm și este mai mare cu cât tensiunea superficială este mai mare, după cum se poate deduce din următoarea ecuație:

• P _c = 2τ cos θ / r

unde este:

• P _c este presiunea capilară care împinge particulele de ciment hidratate una către cealaltă;
• τ este tensiunea superficială a apei conținute în menisci;
• r este raza de curbură a meniscurilor;
• θ este unghiul de umectare al apei în contact cu cimentul hidratat

Contracția începe întotdeauna pe suprafața exterioară a elementului de beton și este prevenită de zonele interne, care nu sunt încă supuse acestui fenomen, astfel încât să se producă tensiuni ( autotensiuni de categoria I ) care sunt de tracțiune în zona corticală.
Cele de mai sus se întâmplă dacă retragerea este gratuită (situație frecventă în testele de laborator, dar rară în realitatea construcției).
Acțiunea retragerii poate fi mai marcată dacă aceasta nu este gratuită, ci este împiedicată de o constrângere externă.
De fapt, în structurile reale există diferite impedimente la contracția liberă a betonului, cum ar fi constrângeri hiperstatice, bare de armare sau frecare pe solul fundației.
Aceste impedimente determină apariția unor solicitări suplimentare de tracțiune (autostresuri din categoria II ).
În cazul în care solicitările de întindere care apar din cauza contracției depășesc rezistența la întindere a betonului, care este notoriu scăzută, acesta începe să se crape.
Fisurile de contracție pot compromite durabilitatea betonului după expunerea directă, prin fisuri, la agenți agresivi de mediu, cum ar fi cloruri, dioxid de carbon și sulfați, care pot provoca degradarea atât a matricei de ciment, cât și a tijelor de armare.
Leziunile pot provoca, de asemenea, o pierdere a funcționalității, dar și un aspect estetic inacceptabil; acest din urmă dezavantaj, aparent nu foarte important, este considerat în același mod ca o defecțiune structurală în verificările la stările limită de funcționare.
Din acest motiv, este o bună practică să întârzieți apariția contracției cât mai mult posibil, protejând betonul de uscare ( întărire ). Cu toate acestea, autotensiunile generate de contracție sunt parțial atenuate de apariția deformării vâscoase a betonului.
Fenomenul de contracție trebuie evaluat în mod corespunzător la reluarea turnării betonului ^[2], deoarece acest fenomen tinde să detașeze noua turnare de turnarea existentă, creând fisuri nedorite.
În cele din urmă, prezența fisurilor de contracție poate compromite și aspectul estetic al produsului.
Pentru a reduce aceste efecte, pot fi folosiți aditivi adecvați care au caracteristicile de a reduce tensiunea superficială a apei sau, în cazul reparațiilor structurale, a materialelor compensate de contracție .

Efecte negative asupra structurilor

Principalele efecte negative asupra construcțiilor de contracție, dar și de fluaj sunt:

• deformare mai mare în structurile flexibile (grinzi, plăci etc.)
• pierderea forței de pretensionare în structurile de beton precomprimat
• fisuri pe suprafețele externe din cauza tensiunilor de contracție interne

Factori care influențează fenomenul

Retragerea depinde de:

• compoziția betonului
  • natura mineralogică a agregatelor
  • raport apă / ciment (a / c)
  • raportul dintre cantitatea agregată / doza de ciment (i / c)
  • proprietățile chimice ale cimentului
• mediu de maturare
  • umiditate relativă
  • temperatura exterioară
  • viteza aerului
• geometria elementului
  • suprafață specifică în contact cu mediul extern ^[3]
  • dislocarea și procentul de întăriri

Practică de proiectare

În practica comună de proiectare a structurilor obișnuite din beton, nu se efectuează calcule specifice pentru a evalua efectul contracției, ci mai degrabă efectele negative sunt limitate prin implementarea măsurilor enumerate în paragraful următor.
Pe de altă parte, o evaluare specifică a deformărilor de contracție este importantă în cazul elementelor din beton armat precomprimat

Remedii

Contracția este puternic influențată de compoziția conglomeratului de ciment, de geometria elementului structural, de temperatură și de umiditatea relativă a mediului (în general de tipul de condimente la care este supusă structura).
De multe ori pentru a reduce efectul de contracție, se utilizează aditivi speciali care se adaugă în momentul amestecării sau, mai simplu, cofrajul este amânat amânându-l pentru aproximativ 7 zile de la turnare ( condimentare umedă ) ^[4], astfel încât betonul poate atinge o rezistență mecanică suficientă la tracțiune și astfel poate deveni capabil să reziste la tensiunile generate de contracția higrometrică.
De asemenea, este posibil să se utilizeze acoperiri de suprafață , care trebuie aplicate în momentul cofrajului, care protejează suprafața betonului de uscare.
Pentru a contracara efectul retragerii, oferim, de asemenea:

• să aranjeze armături adecvate pentru a absorbi tensiunile cauzate de contracție;
• pentru a evita piesele turnate cu extensie foarte mare prin împărțirea structurilor care au o extensie planimetrică mai mare de 30 ÷ 40 m în blocuri independente, prin formarea îmbinărilor tehnice capabile să absoarbă deformările rezultate. În acest caz, efectele contracției pot fi omise în analiza globală a unei structuri ^[5]

Notă

Bibliografie

• Ei-ichi Tazawa - RETRAȘAREA AUTOGENĂ experiența japoneză: Enco Journal
• F. Leonhardt, E. Monnig - Bazele dimensionării în construcțiile din beton armat vol. I - ETS

Elemente conexe

• Beton
• Beton armat
• Clincher
• Retragere compensată
• Vindecarea
• Condimentarea betonului

Portal de inginerie

Portalul de materiale