Усадка бетона: современные представления, методы измерения и нормативные модели

Введение. Усадка бетона – ключевой фактор долговечности и трещиностойкости железобетонных конструкций. Несмотря на многолетние исследования, вопросы количественного прогноза и экспертизы трещинообразования из-за усадки по-прежнему остаются актуальными, особенно с учетом перехода строительной отрасли к бетонам с низким водоцементным отношением и активным применением суперпластификаторов.

Цель. Обобщить современные представления о механизмах, видах и методах измерения усадки бетона, критически проанализировать нормативно-испытательные процедуры и выделить направления совершенствования расчетных моделей.

Материалы и методы. Проведен аналитический обзор отечественных и зарубежных публикаций 1975– 2025 гг.; проанализированы отечественные стандарты (ГОСТ 24544-2020, СП 63.13330 и др.) и международные нормативы (Model Code 2010, ACI 209R-22). Использовались сравнительно-аналитический и системный методы, дополненные обобщением экспериментальных данных исследовательских групп, включая результаты 2022–2025 гг.

Результаты. Выявлена принципиальная двоякость природы усадки: автогенной, обусловленной самообжатием гидратирующего цементного камня, и высыхающей, вызванной миграцией влаги; показано, что при водоцементных отношениях  0,35 автогенная составляющая достигает 55–65 % суммарной усадки на 28-е сутки, а ее скорость пропорциональна удельной поверхности цемента. Рассмотрена роль градиентов влажности и температуры, формирующих неравномерное напряженное состояние, и обоснована необходимость комплексного учета усадки и ползучести в одномерных моделях жесткости. Систематизированы лабораторные и полевые методики (контактные, бесконтактные, интерферометрические), показаны их метрологические ограничения.

Выводы. Современная конструктивная практика требует перехода от предельных нормативных значений к прогностическим моделям, учитывающим реальное влаготепловое состояние конструкции и рецептуру бетона. Перспективу представляют интеграция сенсорных систем онлайн-мониторинга деформаций и валидация расчетных кривых усадки для высокопрочных и композитных бетонов.

1. Белов В.В., Смирнов М.А., Куляев П.В. Основные направления и проблемы при получении современных высокопрочных бетонов // Тверской государственный технический университет. 2024. №. 1. С. 5–11. DOI: https://doi.org/10.46573/2658–7459–2024–1-5–11.

2. Григорьева И. Завод по производству железобетонных изделий стал резидентом ТОР «Приамурская» // Амурская правда [газета] от 01.11.2021. URL: https://ampravda.ru/2021/11/01/108115.html

3. Джанкулаев А.Я., Шогенов О.М., Лихов З.Р., Казиев А.М., Блянихов И.А. Расчет несущей способности изгибаемых плит с учетом диаграмм деформирования бетона // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2023. Т. 50. № 1. С.161–166. DOI: https://doi.org/10.21822/2073–6185–2023–50–1-161–166.

4. Добшиц Л.М. Пути повышения долговечности бетонов // Строительные материалы. 2017. № 10. С. 4–9.

5. Купчикова Н.В., Ланг В.Н. Анализ методов прогнозирования длительных деформаций бетона сооружений в природных условиях юга России // Потенциал интеллектуально одаренной молодежи – развитию науки и образования. Астрахань: ГБОУ Астраханской области ВО «Астраханский государственный архитектурно-строительный университет», 2023. С. 536.

6. Макушина Ю.В., Шмитько Е.И., Белькова Н.А. Пути оптимизации качества цементных бетонов по показателю влажностной усадки // Химия, физика и механика материалов. 2020. Т. 27. №. 4. С. 50–65.

7. Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В. Виды дефектов бетонов и растворов в технологии аддитивного строительного производства // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2024. Т. 67. № 1. С. 107–116. DOI: https://doi.org/10.48612/NewsKSUAE/67.11.

8. Бессонов И.В., Жуков А.Д., Демиссе Б.А., Поудел Р.С. Оптимизация состава и свойств специальных видов текстиль-бетона. Москва: Директ-Медиа, 2023. 149 с.

9. Панченко Г.В. Оргaнические добaвки для снижения деформaций усaдки бетонa // Фундаментальные и прикладные аспекты развития современной науки. 2023. С. 71–76. URL: https://perviy-vestnik.ru/wp-content/uploads/2023/05/2023-K-376–4-05_23.pdf

10. Титова Л.А., Бейлина М.И., Шабалин В.А., Титов М.Ю., Иванов С.И. Пересмотр стандарта ГОСТ 32803 «Бетоны напрягающие. Технические условия» в свете возможности дальнейшего развития области применения эффективных бетонов // Бетон и железобетон. 2023. Т. 616. № 2. С. 31–39. DOI: https://doi.org/10.37538/0005–9889–2023–2(616)-31–39

11. Фахратов М.А., Аль-Джубури Х.А.М.С. Изготовление монолитных конструкций в условиях сухого жаркого климата // Системные технологии. 2023. Т. 48. № 3. С. 167–176. DOI: https://doi.org/10.55287/22275398_2023_3_167

12. Шляхова Е.А., Горских А.Е., Якубова Н.С. Анализ факторов, влияющих на трещинообразование в монолитном бетоне // Актуальные проблемы науки и техники. Материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Ростов-на-Дону, 2021. С. 960–962.

13. Шутин М.Д. Влияние добавки суперадсорбирующих полимеров на строительно-технические свойства портландцемента // Инновации и инвестиции. 2021. № 3. С. 327–331.

14. Al Moman A. et al. Autogenous and drying shrinkage in Ultra-High-Performance Concrete (UHPC) and the effectiveness of internal curing. Construction and Building Materials, 2025, vol. 464, p. 140217. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.140217.

15. Al-Massri G. et al. Chemical shrinkage, autogenous shrinkage, drying shrinkage, and expansion stability of interfacial transition zone material using alkalitreated banana fiber for concrete. Journal of Structural Integrity and Maintenance, 2024, vol. 9, no. 3, p. 2390650. DOI: https://doi.org/10.1080/24705314.2024.2390650.

16. Cao J. et al. Creep behavior of steel bonded reinforced concrete members under small eccentric compression. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021, vol. 638, no. 1, p. 012104. DOI: https://doi.org/10.1088/1755–1315/638/1/012104.

17. Ghanem H. et al. A review on chemical and autogenous shrinkage of cementitious systems. Materials, 2024, vol. 17, no. 2, p. 283. DOI: https://doi.org/10.3390/ma17020283

18. Gupta V. et al. Physics-based data-augmented deep learning for enhanced autogenous shrinkage prediction on experimental dataset. Proceedings of the 2023 Fifteenth International Conference on Contemporary Computing. Noida, India, 2023, pp. 188–197. DOI: https://doi.org/10.1145/3607947.3607980.

19. Kebir A., Brahma A. Modeling the drying shrinkage of structural concretes. Innovative Infrastructure Solutions, 2021, vol. 6, no. 3, p. 151. DOI: https://doi.org/10.1007/s41062–021–00519–8.

20. Kordas G., Liokumovich L., Ushakov N. Structural Health Monitoring with Integrated Optical Fiber Sensors: a review. AlfaBuild, 2023, 29 Article, no 2909. DOI: https://doi.org/10.57728/ALF.29.9.

21. Lura P., Kovler K. M&S highlight: Jensen and Hansen (1995), A dilatometer for measuring autogenous deformation in hardening Portland cement paste. Materials and Structures, 2022, vol. 55, no. 2, pp. 39. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527–021–01853–0.

22. Qasim O.A. Experimental investigation on autogenous shrinkage of high and ultra-high strength concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2018, vol. 454, no. 1, p.120. DOI: https://doi.org/10.1088/1757–899X/454/1/012067.

23. Statkauskas M., Grinys A., Vaičiukynienė D. Investigation of concrete shrinkage reducing additives. Materials, 2022, vol. 15, no. 9, p. 3407. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15093407

24. Tazawa E. Autogenous shrinkage of concrete. CRC Press, 1999. DOI: https://doi.org/10.1201/9781482272123.

25. Vintimilla C., Etxeberria M., Li Z. Durable structural concrete produced with coarse and fine recycled aggregates using different cement types. Sustainability, 2023, vol. 15, no. 19, p.14272.

26. Xi Y.F. et al. Impact of high-performance expansion and shrinkage-reducing agents on the mechanical properties and shrinkage compensation of high-strength concrete. Buildings, 2023, vol. 13, no. 3, p. 717.