25. Наиболее распространенные повреждени­я железобетонных пролетных строений

Трещины в бетоне являются весьма распространенным повреждени­ем железобетонных пролетных строений, В конструкциях из обычного железобетона появление трещин в зонах, работающих на растяжение при напряжениях выше расчетных сопротивлений, как правило, неизбежно; оно предусматривается на стадии проектирования с ограничением рас­крытия трещин 0,2 мм. Считают, что при таком раскрытии трещин влага не будет интенсивно проникать к арматуре и поэтому не произойдет ее существенного ржавления, а, следовательно, и значительного снижения долговечности конструкции.

В предварительно напряженных железобетонных пролетных строе­ниях с напряженной арматурой в виде проволочных пучков, отдельных проволок или канатов трещины в бетоне наиболее опасны. Проникаю­щая через них влага может привести к коррозии арматуры, площадь се­чения которой вследствие небольшого диаметра проволоки будет уменьшаться значительно быстрее чем у стержневой арматуры. Кроме того, развитие межкристаллитной коррозии приводит к значительному сниже­нию сопротивляемости металла арматуры усталостным и хрупким раз­рушениям.

Нередко трещины в бетоне непосредственно снижают грузоподъем­ность пролетного строения. Это прежде всего относится к предваритель­но напряженным конструкциям, например, при возникновении наклон­ных или продольных трещин в стенках балок. Поэтому обнаруженные трещины в бетоне должны быть тщательно проанализированы с точки зрения их влияния на грузоподъемность и долговечность конструкции с учетом тенденции к их дальнейшему развитию.

Рассмотрим наиболее характерные типы трещин, наблюдаемых в эксплуатируемых балочных пролетных строениях (см. рисунок ниже).

Усадочные трещины 1 возникают обычно в поверхностных слоях бетона вследствие неравномерности процесса усадки. Появлению этих трещин способствуют чрезмерно высокое содержание цемента в бетоне; естественность усадки, вызванная конструктивной формой, характером армирования; нарушение технологии выдержки бетона при его тверде­нии и др. Характерным признаком усадочных трещин является их хаоти­ческое расположение, небольшая длина и раскрытие. Усадочные трещи­ны могут служить началом развития силовых трещин. Наклонные трещины 2 в стенках балок образуются в основном от действия главных растягивающих напряжений. Эти трещины особен­но опасны в предварительно напряженных пролетных строениях, так как могут значительно снижать их грузоподъемность, что должно оцени­ваться расчетом.

Продольные трещины 3 в местах примыкания, плиты балластного корыта к стенкам балок ;*также относятся к категории опасных, внося­щих серьезные изменения в работу конструкции под нагрузкой (значи­тельное снижение момента сопротивления поперечного сечения балки и резкое усиление работы хомутов в зоне трещин на срез), и требуют соответствующего внимания и учета при оценке грузоподъемности. Одной из главных причин образования этих трещин являются нарушения в технологии изготовления пролетных строений. Поперечные трещины в плите 4 вызываются главным образом пере­тяжкой нижней продольной арматуры и изгибающими моментами, созда­ваемыми при установке балок кранами. В простых разрезных балках в процессе эксплуатации постоянные и временные нагрузки способству­ют закрытию этих трещин.

Поперечные трещины 5 в нижних растянутых поясах предваритель­но напряженных пролетных строений обычно свидетельствуют о недо­статочном натяжении напрягаемой арматуры, значительных потерях предварительного напряжения в результате усадки, ползучести бетона и нарушения нормальной работы анкерных устройств. Эти трещины обычно не снижают расчетной несущей способности пролетного строения, но могут способствовать развитию коррозии арматуры, уменьшая долго­вечность конструкции. В балках из обычного железобетона наличие тре­щин этого типа с раскрытием не более 0,2 мм вполне закономерно и не является признаком дефектности пролетного строения.

Продольные трещины б в предварительно обжатых поясах появ­ляются вдоль напряженной арматуры главным образом в течение первых лет эксплуатации. Образование их связано с поперечными деформация­ми, вызванными чрезмерным обжатием бетона и влиянием стесненной усадки. Опасность таких трещин заключается в возникновении и интен­сивном развитии коррозии арматуры. При этом коррозия арматуры вследствие увеличения объема продуктов коррозии и создания в связи с этим внутреннего давления приводит к дальнейшему раскрытию про­дольных трещин, ускоряя процесс разрушения. Причиной появления и развития продольных трещин может быть и чрезмерная коррозия арма­туры. В балках из ненапряженного железобетона появление этого типа трещин может быть связано главным образом с коррозией продольной арматуры.

Горизонтальные трещины на торцевых участках пролетных строе­ний 8 обычно возникают вследствие действия местных напряжений, вызванных силами предварительного напряжения арматуры. Развитие трещин этого типа наблюдается в начальный период эксплуатации.

Трещины в зонах опорных частей 7 являются, как правило, след­ствием конструктивных недостатков опорных узлов пролетных строе­ний в сопряжении с опорными частями (сосредоточение анкеров, корот­кий опорный лист и др.). На развитие трещин этого типа существенное влияние оказывает работа опорных частей. При нарушении работы под­вижных опорных частей возникают дополнительные усилия, способ­ствующие росту этих трещин. Неплотное опирание пролетного строения на опорные части может приводить к значительным динамическим воз­действиям, ускоряющим процесс трещинообразования. Нередко в зонах омоноличивания сборных конструкций появляются трещины

Поперечные трещины 10 в вертикальных, ребрах-жесткости возни­кают от действия крутящего момента в плоскости поперечного сечения балок, вызываемого внецентренным приложением сил от внешних воздействий.

При недостаточной толщине защитного слоя и низком качестве бе­тона возможно проникновение влаги к арматуре. Это приводит к корро­зии арматуры и к разрушению защитного слоя, в результате чего он от­слаивается, а арматура обнажается. Такое явление наиболее часто встре­чается в конструкциях, при бетонировании которых для ускорения твер­дения бетона вводили добавки хлористого кальция или хлористого нат­рия. Обнаженная арматура быстро ржавеет, снижая грузоподъемность и долговечность конструкции.

Рис. слева. Типы трещин в балочных пролетных строениях:

1 — усадочные; 2 — наклонные; 3 — продольные в зоне сопряжения плиты со стенкой; 4 — поперечные в плите; .5 - поперечные в нижнем поясе; б — продоль­ные в нижнем поясе; 7-я зонах опорных частей; 8 — горизонтальные на торце­вом участке; 9 — в зоне омоноличивания; 10 — поперечные трещины в ребрах Жесткости

Для качественной оценки роста трещины используют гипсовые или цементные маяки, представляющие собой крупные мазки гипсовым или цементным раствором поперек трещины. В случае увеличения раскрытия трещины или ее "дыхания" в маяках появляются трещины, совпадаю­щие с перекрываемой трещиной.

Внешними признаками, характеризующими опасное развитие тре­щин, служат потеки ржавчины на поверхности бетона, свидетельствую­щие об интенсивной коррозии арматуры. Белые потеки являются призна­ком выщелачивания цементного камня в зонах фильтрации воды через бетон.

При обследовании железобетонных, бетонных и каменных мостов необходимо обращать внимание на качество изготовления конструкции. Прочность и плотность бетона в сооружении проверяется с использова­нием различных так называемых неразрушающих методов контроля, дающих возможность оценивать прочность и плотность бетона без разру­шения элемента конструкции. Эти способы изложены в гл. 3.

Для выявления невидимых дефектов (пустоты, раковины, отслое­ние защитного слоя бетона и др.) часто используют простейший способ -остукивание бетона молотком. При ударах по плотному и прочному бе­тону раздается звонкий звук, а по бетону с раковинами, пустотами, от­слоениями — глухой. Наличие поверхностных раковин, сколов, пор выявляют наружным осмотром. Большое значение для обеспечения высокой долговечности железо­бетонных и каменных пролетных строений имеет надежный отвод воды и хорошее качество гидроизоляции. При плохом отводе воды и неисправ­ной гидроизоляции вода проникает в кладку, выщелачивает цементный камень, что в сочетании с циклическим "замораживанием - размора­живанием" приводит к снижению прочности бетона и резкому снижению ресурса пролетных строений. По данным СГАПС (НИИЖТа) эти весьма опасные повреждения на железных дорогах Урала, Сибири, Дальнего Вос­тока имеют 65 % обследованных пролетных строений. Участки с повреж­денной гидроизоляцией и неисправным водоотводом можно обнаружить по мокрым пятнам, белым подтекам продуктов выщелачивания цемент­ного камня, столоктитам и другим признакам. В местах, где просачи­вается вода, необходимо проверить состояние гидроизоляции и водоот­водных устройств и в случае их неисправности быстро ее устранить. В качестве эффективного мероприятия защиты арматуры от корро­зии служит так называемая катодная защита. При катодной защите на поверхности бетона закрепляют металлическую сетку, покрываемую набрызгбетоном, которая служит анодом. Сетка изготовляется из титана, к ней и стальной арматуре подключают источник тока. Протека­ние тока компенсирует коррозионный ток, в связи с чем замедляется и прекращается процесс электрохимической коррозии арматуры.