10.7
Skurcz podczas suszenia
Gdy stwardniały beton zostanie wystawiony na działanie powietrza o wilgotności względnej mniejszej niż 100 procent, zaczyna tracić wolną wodę w swoich…
Gdy stwardniały jest wystawiony na działanie nienasyconego powietrza, wolna woda obecna w jego naczyniach włosowatych odparowuje z porów.
Powoduje to przemieszczanie się wody zaadsorbowanej na dużej powierzchni hydratów krzemianu wapnia obecnych w zaczynach cementowych do wysuszonych naczyń włosowatych. Woda ta w końcu wyparowuje z betonu.
W rezultacie objętość zaczynu cementowego zmniejsza się z czasem, powodując kurczenie się betonu, znane jako skurcz schnący.
Jednak pewien skurcz podczas wysychania jest odwracalny, jeśli jest wystawiony na działanie wilgoci zewnętrznej. Zaczyn cementowy pochłania wilgoć i ulega rozszerzaniu zwilżającemu.
Nieodwracalna część skurczu suszenia wynika z przegrupowania cząstek, gdy pory żelu zapadają się i tworzenia wiązań Si-O-Si w żelu cementowym po usunięciu zaadsorbowanej wody.
Jeśli pręt betonowy poddany skurczowi wysychającemu może się swobodnie poruszać, z czasem dozna wzrostu odkształcenia, a naprężenie pozostanie zerowe.
Alternatywnie, jeśli pręt jest unieruchomiony podczas skurczu podczas suszenia, odkształcenie wyniesie zero, a z czasem w pręcie rozwiną się naprężenia rozciągające.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What causes drying shrinkage in concrete?
Drying shrinkage occurs when hardened concrete is exposed to unsaturated air and free water in capillaries evaporates. As capillaries dry, adsorbed water on calcium silicate hydrates migrates into these empty spaces and eventually evaporates as well. This water loss reduces the cement paste volume, causing the concrete to contract over time.
Q2: Is drying shrinkage in concrete reversible?
Drying shrinkage is partially reversible. When concrete is exposed to external moisture, it reabsorbs water and undergoes wetting expansion, reversing some shrinkage. However, the irreversible portion results from permanent rearrangement of particles as gel pores collapse and new Si-O-Si bonds form within the cement gel when adsorbed water is removed.
Q3: How does concrete restraint affect drying shrinkage behavior?
Unrestrained concrete experiencing drying shrinkage develops increased strain over time while stress remains zero, allowing free deformation. Conversely, restrained concrete cannot move during drying shrinkage, so strain remains zero but tensile stresses develop progressively within the member, potentially causing cracking and contributing to types of non-structural cracks in concrete.
Q4: What factors influence the extent of drying shrinkage?
Drying shrinkage extent is influenced by the duration of wetting and drying periods, relative humidity of the air, concrete composition, and the degree of hydration when drying begins. Lower relative humidity accelerates water evaporation, while higher hydration degrees and specific cement paste compositions can increase shrinkage magnitude and rate.
Q5: How does relative humidity affect water movement in drying concrete?
When relative humidity drops below 100 percent, free water in capillaries evaporates first. As capillaries empty, adsorbed water on calcium silicate hydrates migrates toward these dried spaces. Lower humidity accelerates this evaporation process, increasing the rate and extent of volume reduction in the cement paste.
Q6: What physical changes occur in cement paste during irreversible drying shrinkage?
Irreversible drying shrinkage involves gel pore collapse and formation of new Si-O-Si bonds within the cement gel when adsorbed water is removed. These permanent structural rearrangements of hydrate particles cannot be reversed by rewetting, distinguishing irreversible shrinkage from the reversible portion caused by capillary water loss.
Q7: Why does concrete volume decrease during drying shrinkage?
Concrete volume decreases because water loss from both capillaries and adsorbed layers on calcium silicate hydrates reduces the total mass and occupies less space than the original water-filled pores. As water evaporates progressively, the cement paste contracts, causing measurable volume reduction in the hardened concrete over time.