6Трещины в конструкциях
Одним из наиболее часто встречающихся видов дефектов и повреждений каменных, бетонных и железобетонных элементов зданий и сооружений являются трещины.
Трещина – дефект, заключающийся в разрыве сплошности материала и выходящий на поверхность элемента.
6.1 Железобетонные элементы
Различают трещины, проявившиеся в железобетонных элементах в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, и трещины от эксплуатационных нагрузок и воздействия окружающей среды.
К появившимся в доэксплуатационный период относятся трещины:
усадочные, вызванные быстрым высыханием поверхностного слоя бетона и сокращением объема, а также трещины от набухания бетона;
возникшие из-за неравномерного охлаждения бетона;
вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях;
технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонных элементах в процессе изготовления, доля которых в общем количестве дефектов в сборных железобетонных конструкциях достигает 60 %;
в сборных железобетонных элементах силового происхождения, вызванные нарушением правил складирования, транспортировки и монтажа, при которых конструкции подвергались силовым воздействиям от собственного веса по схемам, не предусмотренным проектом.
Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, можно разделить на следующие виды:
возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или ошибок расчета статически неопределимой системы на температурные воздействия;
вызванные неравномерностью осадок грунтового основания, что может быть связано с нарушением требований устройства осадочных деформационных швов, аварийным замачиванием грунтов, проведением земляных работ, в непосредственной близости от фундаментов без обе-спечения специальных мер;
обусловленные силовыми воздействиями, превышающими способность железобетонных элементов воспринимать растягивающие напряжения.
С точки зрения напряженно-деформированного состояния конструкции по влиянию на несущую способность различают трещины:
указывающие на аварийное состояние конструкции;
увеличивающие водопроницаемость бетона (в резервуарах, трубах, стенах подвала);
снижающие долговечность конструкции из-за интенсивной коррозии арматуры (бетона);
не вызывающие опасений в надежности конструкции.
6.1.1 Механизмы разрушения структуры бетона
Разрушение бетона начинается с разрушения отдельных элементов его структуры, приводя впоследствии в разрушение более крупных структурных объемов.
Можно выделить два исходных механизма разрушения (рисунок 6.1):
– отрывной;
– сдвиговый.
Отрыв и сдвиг могут происходить с разрывом зерен заполнителя. Внутризерновые и межзерновые механизмы являются основными в современной статистической теории прочности бетона. Однако под зернами в этом механизме понимают не зерна крупного заполнителя, а некоторые ячейки в структуре бетона, окруженные дефектами, которые могут и не содержать зерен крупного заполнителя. В чистом виде отрывной механизм разрушения реализуется при растяжении, при этом отдельные трещины отрыва, объединяясь в одну, образуют магистральную трещину разрушения.
Чисто сдвиговой механизм разрушения встречается редко, в основном при высоких уровнях трехосного сжатия. В остальных случаях преобладают различные смешанные отрывно-сдвиговые механизмы разрушения:
– зигзаг трещины (см. рисунок 6.1, д);
– ветвления зигзага трещины с включениями клиновидных элементов (см. рисунок 6.1, е);
– в виде часто расположенных трещин отрыва пересекаемых трещиной сдвига (см. рисунок 6.1, ж);
– тонкие части бетона между трещинами, которые могут разрушаться от потери устойчивости (см. рисунок 6.1).
Возможны и другие механизмы разрушений.
Рисунок 6.1 – Механизмы разрушения структуры бетона:
а, б – отрывной, в, г – сдвиговый, д – з – смешанные механизмы разрушения:
1 – по трещинам отрыва одной части элемента от другой; 2 – по трещинам сдвига
одной части элемента относительно другой; 3 – зерна заполнителя
Магистральная трещина может включать на своем пути различные локальные механизмы разрушения. Обычно чем сложнее и разнообразнее механизм разрушения, тем большими деформациями это разрушение сопровождается. Такие механизмы свойственны сжатию. Процесс разрушения бетона, таким образом, представляется, как процесс прогрессирующего разрушения сплошности.