Odkształcalność betonu: skurcz i pełzanie

Pod wpływem działania obciążeń w elementach betonowych powstają naprężenia, w wyniku których element zmienia wymiary. Jest to tzw. odkształcalność betonu. Odkształcenia betonu można podzielić w zależności od sposobu zachowania się elementu po usunięciu obciążenia. W związku z tym wyróżnia się odkształcenia:

sprężyste – czyli takie, które po usunięciu obciążenia znikają całkowicie,
plastyczne (trwałe) – po usunięciu obciążenia nie znikają.

Poniżej przedstawiono wykres zależności odkształceń ε_c od naprężęń σ_c, który wyznacza się na podstawie badań próbek betonowych ściskanych osiowo lub rozciąganych do chwili zniszczenia próbek. Na podstawie badań można zaobserwować przebieg zależności σ = f(ε). Linia przerywana oznacza wykres idealizowany odpowiadający wartościom charakterystycznym, natomiast linia ciągła oznacza wykres obliczeniowy otrzymany w wyniku podzielenia wartości charakterystycznych przez współczynnik częściowy betonu γ_c.

Wartość odkształceń ε_cu = 3,5 ‰ odpowiada odkształceniom granicznym betonu, jakie występują w chwili jego zniszczeniu. Jeśli naprężenia σ_c = 0, to moduł sprężystości ma wartość maksymalną (jest to tzw. moduł początkowy). Wartość modułu sprężystości E_cm wyraża się tangensem kąta α_m (nachylenia siecznej) w zakresie naprężeń od 0 do 0,40 f_cm. Wartość modułu sprężystości betonu uzależniona jest od wytrzymałości na ściskanie, czyli od klasy betonu.

Odkształcalność betonu może być również spowodowana: skurczem, pęcznieniem, pełzaniem, jak i wahaniami temperatury.

Czynniki wpływające na skurcz betonu

Na wielkość skurczu mają wpływ nie tylko składniki mieszanki betonowej, ale również warunki otoczenia oraz sposób pielęgnacji. Do podstawowych czynników wpływających bezpośrednio na skurcz betonu można zaliczyć:

klasę betonu,
składniki mieszanki betonowej:
- rodzaj cementu,
- ilość kruszywa,
- rodzaj kruszywa,
stosunek w/c,
ilość zaczynu cementowego,
wymiary betonowanego elementu,
warunki atmosferyczne (wilgotność, temperatura),
wiek betonu,
ograniczenie przed swobodnym skurczem betonu, np. przez zbrojenie bądź tarcie o podłoże.

Skurcz betonu można ograniczyć poprzez:

obniżenie współczynnika w/c,
stosowanie kruszywa o możliwie jak największym rozmiarze ziaren,
stosowanie specjalnych domieszek ograniczających skurcz,
zmniejszenie objętości zaczynu cementowego w mieszance betonowej,
stosowanie kruszyw płukanych o jak najniższej nasiąkliwości,
właściwe przygotowanie podłoża przed ułożeniem mieszanki betonowej,
właściwą pielęgnację wilgotnościową, w tym zabezpieczenie powierzchni betonu przed odparowaniem wody,
stosowanie nacięć dylatacyjnych (w przypadku, gdy jest to możliwe).

Czynniki wpływające na wielkość pełzania betonu

Pełzanie betonu to proces długotrwały, na którego wielkość mają wpływ czynniki takie, jak:

wiek betonu w chwili obciążenia (wartość pełzania jest niższa, gdy beton jest starszy),
wytrzymałość betonu (im wyższa wytrzymałość, tym wartość pełzania betonu jest niższa),
wartość obciążenia oddziałującego na beton (wraz ze wzrostem obciążenia zwiększa się pełzanie),
wilgotność otoczenia w czasie wysychania betonu (wraz ze wzrostem wilgotności pełzanie jest mniejsze),
rodzaj, kształt oraz ilość zastosowanego kruszywa w mieszance betonowej,
szczelność betonu (wraz ze wzrostem szczelności pełzanie jest mniejsze).

Wraz z upływem czasu wpływ pełzania niesie ze sobą niekorzystne zjawiska, takie jak zwiększenie się: