Skurcz betonu – dlaczego tak się dzieje?

Skurcz betonu to powszechne zjawisko polegające na zmniejszaniu objętości betonu na skutek zachodzących procesów fizykochemicznych. Każdy beton wykonany z cementów powszechnego użytku cechuje się skurczem. Wyróżnia się kilka typów odkształceń skurczowych – zależnie od przyczyn powodujących ich wystąpienie. Zarówno skurcz chemiczny, plastyczny, autogeniczny, jak i ten powstający przy wysychaniu da się w pewien sposób ograniczyć. Stopień ich nasilenia jest zależny między innymi od rodzaju zastosowanej mieszanki. Na czym dokładnie polega zjawisko skurczu betonu?

Czym jest skurcz betonu?

Skurcz betonu to zjawisko samoistne, spowodowane odkształceniami niewynikającymi z obciążeń mechanicznych. Zachodzi w materiałach cechujących się porowatą strukturą – w wyniku utraty wody, na skutek osuszania lub zachodzących reakcji fizykochemicznych. Na całkowity skurcz betonu składają się zmiany objętości wynikające ze zjawiska wiązania i twardnienia zaczynu cementowego (skurcz chemiczny i autogeniczny) oraz odkształcenia wywołane utratą wody z powierzchni betonu (na początku skurcz plastyczny, a po stwardnieniu skurcz od wysychania).

Największe odkształcenia w porównaniu do pozostałych rodzajów skurczu wykazuje ten powstający przy wysychaniu. Jest on spowodowany odparowaniem wody z betonu do otoczenia nienasyconego parą wodną. Ma największe znaczenie, bo nie ma możliwości, aby go całkowicie wyeliminować – można jedynie ograniczać jego negatywne skutki.

Przykładowo, skurcz autogeniczny da się w pewien sposób zniwelować poprzez zastosowanie cementów zawierających granulowany żużel wielopiecowy lub popiół lotny. Dodatkowo powstałe w jego wyniku odkształcenia są znacznie mniejsze niż w przypadku skurczu od wysychania.

Jak ograniczyć skurcz betonu?

Beton jako kompozyt o porowatej strukturze jest w praktyce narażony na zjawisko odkształcenia – niezależnie od wykorzystanych zabiegów technologicznych. Całkowite wyeliminowanie skurczu betonu nie jest możliwe – da się jedynie zmniejszyć jego skalę. Skurcz może prowadzić do powstania mikrospękań w strukturze stwardniałego betonu, a w skrajnych sytuacjach do zarysowań lub makrospękań, czy nawet niechcianych szczelin dylatacyjnych. Największy wpływ na to zjawisko mają zmiany objętości twardniejącego zaczynu cementowego.

Mówiąc o tym, jak ograniczyć skurcz betonu, należy wspomnieć, że istnieją różne metody na poradzenie sobie z tym zjawiskiem. Oto niektóre z nich:

• obniżenie współczynnika wodno-cementowego,
• zmniejszenie objętości zaczynu cementowego w używanej mieszance betonowej,
• wykorzystanie kruszywa o jak największym rozmiarze ziaren,
• zastosowanie kruszywa płukanego, o możliwie niskiej nasiąkliwości,
• użycie mikrozbrojenia lub domieszek chemicznych ograniczających skurcz,
• odpowiednie przygotowanie podłoża przed betonowaniem,
• prowadzenie pielęgnacji wilgotnościowej, w tym pielęgnacji wewnętrznej – w możliwie jak najdłuższym czasie,
• wykonanie możliwie jak najszybciej nacięć dylatacyjnych.

Skurcz betonu można ograniczyć np. poprzez zastosowanie cementów glinowych lub ekspansywnych, domieszek chemicznych oraz niektórych rodzajów włókien. Odpowiednie zaprojektowanie kompozycji cementowej powinno uwzględniać kompatybilność składników przeciwskurczowych z innymi składnikami mieszanki.

Skurcz betonu może mieć miejsce od chwili połączenia cementu z wodą, nawet przez cały czas użytkowania. Jest to możliwe szczególnie w sytuacji, gdy na powierzchnię elementu wpływają zmienne warunki wilgotnościowe.

Ze względu na środowisko pracy i cykl życia betonu największe znaczenie ma skurcz wynikający z osuszania. Wynika to z faktu, że jego działanie ma miejsce podczas całego czasu eksploatacji. Pozostałe zmiany skurczowe można niemalże całkowicie ograniczyć, stosując właściwą pielęgnację wilgotnościową. Pozwala to na wyeliminowanie negatywnych skutków, wynikających z odkształceń.

Co wpływa na skurcz betonu?

Odkształcenia związane są ze zmianami strukturalnymi zachodzącymi w zaczynie cementowym na skutek wiązania, twardnienia i wysychania cementu. Zastanawiając się nad tym, co wpływa na skurcz betonu, trzeba przeanalizować wszystkie procesy technologiczne. Warto wziąć pod uwagę ilość i rodzaj składników mieszanki betonowej, warunki otoczenia oraz sposób pielęgnacji.

Jako podstawowe czynniki mające wpływ na skurcz betonu wskazuje się:

• ilość zaczynu cementowego,
• stosunek wodno-cementowy,
• rodzaj wykorzystanego cementu,
• ilość i rodzaj użytego kruszywa,
• klasę betonu,
• wiek betonu,
• wilgotność i temperaturę otoczenia,
• wymiary elementu,
• ograniczenie swobody skurczu, np. poprzez zastosowanie zbrojenia.

Różnice w wielkości odkształceń skurczowych różnią się w zależności od ilości użytego cementu oraz stosunku wodno-cementowego. Zawartość oraz rodzaj kruszywa także mają wpływ na stopień zachodzących zmian, choć jest on znacznie mniejszy w porównaniu z innymi czynnikami. Wyraźną różnicę w skurczu betonu można zauważyć po dodaniu do mieszanki włókien mikrozbrojenia. Niemałe znaczenie ma również wilgotność otoczenia oraz metoda pielęgnacji.

Jak pielęgnować beton, aby zapobiec odkształceniom skurczowym?

Sposób pielęgnacji powinien być dobrany w taki sposób, aby chronić beton przed zbyt szybkim odparowaniem wody z powierzchni lub pozwalać na zachowanie powierzchni stale wilgotnej. Zaleca się następujące techniki pielęgnacji:

• pozostawienie deskowania na miejscu;
• pokrycie betonu paroszczelnymi powłokami – chronionymi przy krawędziach i na złączach;
• układanie mokrych mat na powierzchni i zabezpieczenie ich przed wysychaniem,
• utrzymanie powierzchni w stanie wilgotnym poprzez wykorzystanie odpowiedniej ilości wody;
• zastosowanie preparatów pielęgnujących o ustalonej skuteczności.

Dodatkowo po zagęszczeniu i wykończeniu powierzchni betonu powinno się ją bezzwłocznie poddać pielęgnacji, np. z wykorzystaniem produktów zakupionych w firmach sprzedających chemię budowlaną. W razie konieczności ochrony powierzchni swobodnej przed powstawaniem rys związanych ze skurczem plastycznym, przed wykończeniem należy zastosować pielęgnację tymczasową.