Pęknięcia w konstrukcjach belkowych ze zbrojeniem nienaprężonym – Ocena stanu technicznego obiektów mostowych

Pęknięcia w konstrukcjach belkowych ze zbrojeniem nienaprężonym

Pęknięcia te pojawiają się, gdy szalunek lub stwardniały beton ulega deformacji, co prowadzi do naruszenia jego integralności. Przyczynami takich pęknięć mogą być przypadkowe efekty dynamiczne na betonie, który częściowo zyskał na wytrzymałości, beton zawieszony na sztywnym zbrojeniu, niepełne wypełnienie zabetonowanej przestrzeni w przypadku gęstego zbrojenia oraz zmiany geometrii szalunku. Pęknięcia osadowe są często obserwowane w miejscach pęknięć w układzie odcinków, na przykład wzdłuż skosów. Ponieważ takie pęknięcia z reguły pojawiają się w betonie nie do końca stwardniałym, mają charakter postrzępiony, nierówne krawędzie, zmienną szerokość do 1–3 mm (dalej mamy na myśli szerokość rozwarcia pęknięcia na poziomie powierzchni betonu) i małej głębokości – od 5 mm do 15 mm. Zdjęcie (ryc. 3.6) przedstawia sieć spękań osadowych, które pojawiły się w płycie estakady podczas betonowania jej odcinka pochyłego (zakrętu). Beton nieutwardzony „wysunął się” w kierunku skarpy.

Ryż. 3.6. Pęknięcia osadowe w płycie wiaduktu

Takie pęknięcia występują nie tylko w konstrukcjach mostowych. Na przykład w jednym z budynków w monolitycznej żelbetowej płycie stropowej, której betonowanie odbywało się „od siebie”, w szeregu płyt powstały pęknięcia osadowe w wyniku obciążenia tych płyt sprzętem budowlanym, aż do uzyskania betonu wymagana siła.

Pęknięcia osadowe na ogół nie wpływają na nośność elementu, a zatem jego nośność. Nie należy ich mylić z mocami, może to doprowadzić badacza do paniki na temat stanu awaryjnego konstrukcji. Ale oczywiście powodują korozję metalu i zniszczenie ochronnej warstwy betonu, czyli mogą zmniejszyć trwałość projekty. Stopień zmniejszenia trwałości zależy od rozwoju korozji zbrojenia w wyniku tych pęknięć. Pęknięcia osadowe są po prostu leczone roztworami polimerów.

Edukacja pęknięcia skurczowe na etapie konserwacji konstrukcji jest to spowodowane procesami fizykochemicznymi – nagrzewaniem masy betonowej (egzotermia) i spadkiem jej objętości (efekt skurczu). Oba te procesy są następstwem rozpuszczenia cementu z wytworzeniem krystalicznego kleju cementowego w roztworze przesyconym (hydratacji), który wiąże drobne i gruboziarniste kruszywa.

Do wystąpienia pęknięć skurczowych na tym etapie dochodzi najprawdopodobniej na otwartych powierzchniach struktury twardniejącej, gdzie do utraty wilgoci do hydratacji dodaje się fizyczne parowanie, zwłaszcza że takie powierzchnie są ogrzewane egzotermicznie. Takie pęknięcia, ze względu na mniej lub bardziej równomierny skurcz w całej objętości konstrukcji, mają charakter chaotyczny i mają szerokość otwarcia do 0,1 mm (ryc. 3.7).

Ryż. 3.7. Pęknięcia skurczowe powierzchni

Praktycznie nie wpływają na poziom właściwości konsumenckich, ale pozostawiają nieprzyjemny posmak po wyglądzie struktury. Wskazane jest przetrzeć je cementem lub potraktować specjalnymi powłokami cementowo-syntetycznymi, natryskiwanymi lub nakładanymi mechanicznie.

Na tym samym etapie w betonie powstają naprężenia różnych znaków z powodu nierównomiernego ogrzewania na przekroju konstrukcji. Ponadto, podczas zdejmowania izolacji powstają dodatkowe naprężenia temperaturowe spowodowane różnicą temperatur między betonem a powietrzem zewnętrznym.

Całkowity wpływ naprężeń rozciągających od skurczu i temperatury w twardniejącym betonie powoduje pojawienie się pęknięcia skurczowe pod wpływem temperatury.

Ponieważ czynnik temperaturowy jest dominujący w powstawaniu takich pęknięć, są one dobrze zorientowane wzdłuż kierunku prostopadłego do naprężeń rozciągających od temperatury (na przykład w konstrukcjach belkowych – pionowo), a ich otwarcie na etapie trzymania na powierzchni konstrukcji może osiągnąć 0,3 mm.

Typowym przykładem pęknięć termokurczliwych są pionowe pęknięcia w ścianach belek teowych produkowane fabrycznie (na przykład według standardowych projektów Soyuzdorproekt). Pęknięcia te znajdują się z reguły wzdłuż kołnierzy na całej długości przęsła z krokiem od 20-40 cm w jego środkowej części do 50-80 cm na odcinkach końcowych. Mają kształt soczewkowaty z największym otworem do 0,15-0,30 mm i sięgają do dolnego pasa (patrz rys. 3.5). W strefie dolnego pasa zbrojenie robocze powstrzymuje procesy powstawania pęknięć.

Wpływ odkształceń termokurczliwych objawia się na początku eksploatacji i stopniowo zanika z następujących powodów:

• ? skurcz maleje w miarę postępu procesu hydratacji cementu i odparowywania wilgoci z betonu;
• ? cykliczne odkształcenia termiczne mają również charakter zanikający, ponieważ ich powtarzające się działania nie prowadzą do nowego znaczącego pękania.

Pęknięcia w ścianach belek T może mieć i moc początek. Z reguły są to pęknięcia pionowe w środkowej części wzdłuż belki oraz pęknięcia skośne wznoszące się od krawędzi belki w kierunku prostopadłym do głównych naprężeń rozciągających – w skrajnych ćwiartkach przęsła. Pęknięcia te z reguły mają mały otwór – do 0,1-0,2 mm i rozciągają się od dna żebra do 0,5-0,7 wysokości belki (ryc. 3.5, 3.8).

Rys.. 3.8. Pęknięcia energetyczne w belce konstrukcji nośnej powstałe pod wpływem obciążenia próbnego

Powstają w strefach rozciągania przy dostatecznie niskich naprężeniach w zbrojeniu i powinny nieuchronnie występować w zwykłym żelbecie. Ich brak będzie wskazywał na słabe wykorzystanie nośności zbrojenia roboczego.

W przypadku wykrycia pęknięć z otworem do 0,2–0,3 mm w odstępach co 20 cm lub więcej cali nośność most, nie martw się. W takim przypadku naprężenie w zbrojeniu rozciąganym nie przekroczy nośności obliczeniowej. Dlatego ocena w ODM 218.0.018 wpływu takich pęknięć na nośność do 10% jest mało uzasadniona.

Jednak nie wszystko jest takie świetne. Po pierwsze, pęknięcia te, choć w niewielkim stopniu, przyczyniają się do przenikania chlorków do zbrojenia. Po drugie, zmniejszają sztywność wzdłużną belki. Po trzecie, stopniowo zwiększają długość i szerokość otworu pod wielocyklowym oddziaływaniem obciążeń ruchomych, co ostatecznie doprowadzi do zmniejszenia nośności belki ze względu na zmniejszenie wysokości strefy ściskanego betonu .

Oceń wpływ tych pęknięć na trwałość całkiem twardy. Wydaje się, że słuszne byłoby śledzenie dynamiki ich rozwoju na wysokości i szerokości otworu, aby sprawdzić ich wpływ na wytrzymałość przekroju po dojściu do skosów płyty.

W przypadku pęknięć otwierających się na 0,3–0,5 mm stan naprężenia stali jest zwykle poniżej granicy sprężystości i wymagana jest tylko większa uwaga na ten projekt. Jednak przy otwieraniu pęknięć powyżej 0,5 mm, powstawaniu odkształceń plastycznych w zbrojeniu, możliwe jest już jego uszkodzenie energetyczne.

W zależności od szerokości otwarcia takich pęknięć, wskazane jest umiejętne wprowadzenie współczynnika redukcji nośności na zginanie przekroju z pęknięciem. Wartość tego współczynnika może wynosić od 0,95 przy szerokości otworu mniejszej niż 1 mm do 0,85 przy szerokości otworu 1 mm lub większej. Przy szerokości otworu większej niż 1,5 mm możemy zgodzić się z szacunkiem spadku nośności o 20%.

Należy zauważyć, że przy wyznaczaniu ugięć uwzględnia się obecność poprzecznych pęknięć siłowych poprzez wprowadzenie współczynnika redukcyjnego do wartości sztywności przęsła. W normach projektowych SI 35.13330 jest zdefiniowany jako 0,8.

Wskazane jest uszczelnienie wyżej wymienionych pęknięć elastycznym materiałem i obserwowanie ich. Jeśli staną się niebezpieczne, konieczne jest wzmocnienie konstrukcji.

pęknięcia korozyjne warstwa ochronna betonu jest wyłączona z pracy. Ponadto są konsekwencją korozji zbrojenia i jednocześnie jej wskaźnikami. Omówimy je bardziej szczegółowo w rozdziale 3.2.4, przy badaniu procesów korozji zbrojenia.

Przyczyny i usuwanie pęknięć w konstrukcjach żelbetowych

W powierzchniach betonowych jest wiele wad. Błędy w procesie produkcyjnym, zła jakość materiałów, niedokładności projektowe, naruszenie wymagań podczas eksploatacji – to nie jest cała lista uszkodzeń. Pęknięcia są najczęstszą wadą konstrukcji betonowych, żelbetowych. Analiza pochodzenia, możliwości naprawy są ważnymi zagadnieniami w problemie powstawania pęknięć.

Dlaczego pojawiają się wady?

Przyczyny pęknięć są zróżnicowane. Do najczęstszych należą:

• wysoka temperatura otoczenia;
• niezgodność z zalecaną przez normy budowlane grubością warstwy;
• naruszenia w pracy z plastyfikatorami;
• błędy w metodzie wzmacniania nośności metalu;
• błędy w dokumentacji projektowej;
• wypadki, katastrofy.

Często wady pojawiają się podczas suszenia konstrukcji żelbetowych. W miarę wysychania betonu traci płynność i kurczy się. Proces jest trudny do kontrolowania, zwłaszcza podczas pracy na zewnątrz.

Powstałe uszkodzenia niekoniecznie wskazują na zniszczenie konstrukcji. Moment wystąpienia, szerokość wady, lokalizacja – fakty, na które należy zwrócić uwagę, aby zrozumieć, jak poważny jest problem. Ostateczna przyczyna problemu staje się znana po dokładnym zbadaniu. W każdym indywidualnym przypadku konieczne jest zaangażowanie wykwalifikowanego specjalisty nie tylko w celu ustalenia przyczyny problemu, ale także jego wyeliminowania.

Z biegiem czasu podczas eksploatacji w konstrukcjach żelbetowych pojawiają się różne wady.

Różnorodne przyczyny, w wyniku których pojawiają się defekty, dzieli się według charakterystycznych kryteriów. Przyczyna wystąpienia:

• uszkodzenia mechaniczne podczas eksploatacji obiektu;
• uszkodzenie konstrukcji podczas transportu, załadunku, instalacji;
• pojawienie się defektu w wyniku działania sił ściskających;
• wada technologiczna (skurcz, słabe uszczelnienie);
• w wyniku korozji stali.

• wskazuje stan awaryjny konstrukcji;
• wzrasta przenikanie wilgoci do konstrukcji żelbetowych;
• zniszczenie konstrukcji narażonej na korozję;
• naruszeń, które budzą niepokój.

Konstrukcje żelbetowe są uszkadzane przez następujące rodzaje formacji:

• w kształcie klina;
• poprzez nakładanie się;
• nieprzelotowy w kształcie klina;
• poprzez równoległe;
• pochylony zamknięty;
• żaluzja podłużna.

Analizując pęknięcie ze względu na charakter jego występowania, stopień otwarcia, można ustalić prawdziwą przyczynę i wyciągnąć wniosek o niebezpiecznym stanie konstrukcji. Oddziaływanie siły na konstrukcję powoduje uszkodzenie, które znajduje się prostopadle do głównej linii przyłożenia siły. Powierzchnia pod wpływem ściskania pokryta jest pęknięciami w sposób chaotyczny, tworząc połączenie węzłowe. Takie pęknięcia nazywane są skurczem. Pęknięcia korozyjne znajdują się na konstrukcjach wzdłuż metalowego pręta.

Uszkodzenie płyty dachowej

Pęknięcie w żelbetowej monolitycznej płycie stropowej.

Sufity budynków przemysłowych są w trudnych warunkach, doświadczają kolosalnego obciążenia, siły, wpływów chemicznych. Rezultatem jest zużycie i uszkodzenie powierzchni. Podczas procesu utwardzania w betonie mogą tworzyć się małe pęknięcia. Pęknięcia skurczowe na zewnątrz przypominają siatkę i nie stanowią zagrożenia.

Wady pojawiające się podczas eksploatacji konstrukcji, stopniowo wydłużające się i rozszerzające, prowadzą do uszkodzeń deformacyjnych. Pojawienie się charakterystycznych znaków wskazuje na poważne naruszenia podczas budowy i przeciążenia płyt stropowych. Problem jest eliminowany bezbłędnie poprzez wymianę konstrukcji, nie ma mowy – stawiają mur oporowy i usuwają wszystkie ciężkie rzeczy.

Problemem jest również ugięcie podłogi. Oceniany jest stan zbrojenia i betonu. Niewystarczająca ilość zbrojenia, jego niewłaściwa lokalizacja prowadzi do pęknięcia mocy. Rozszerzenie otworu większe niż 3 mm wymaga zbrojenia dodatkowym zbrojeniem.

Naruszenia w gospodarstwie

Kratownice krokwi mają charakterystyczną cechę pracy w ściskaniu, zapewniając stabilność, sztywność powłoki. Połączone elementy przyczyniają się do powstania koncentracji naprężeń o różnym charakterze: rozciągających, ściskających, stycznych. Wysoka koncentracja przyczynia się do powstawania naruszeń na skrzyżowaniach. Naprężenie rozciągające grozi pęknięciem pionowym na wskroś, naprężenie ściskające – poprzez poziome nieprzelotowe.

Szereg przyczyn wpływających na deformację:

• beton niskiej jakości;
• nieprawidłowa lokalizacja zbrojenia poprzecznego;
• przemieszczenie metalowej ramy.

Pęknięcia w belkach

Charakterystyczne rysy w belce: 1 – normalne rysy w strefie maksymalnego momentu zginającego; 2 – nachylone pęknięcia w strefie maksymalnej siły poprzecznej; 3 – pęknięcia i rozdrobnienie betonu w strefie ściskanej elementu.

Szczególną uwagę zwraca się na pęknięcia, które powstały w miejscach układania belek. Uproszczone połączenie konstrukcji kratownicy grozi ewentualnym ściśnięciem podpór, co wraz z naciskiem płyt prowadzi do powstawania otworów. Zjawisko to jest rzadkie, ale nie do odzyskania.

Konstrukcja budynku pod wpływem pionowych lub poziomych pęknięć w belkach ulega zniszczeniu. Istnieje kilka przyczyn tego problemu. Pierwszym z nich jest naprężenie skurczowe spowodowane niewystarczająco mocną warstwą ochronną. Słaba jakość materiału, naruszenie reżimu temperaturowego podczas obróbki cieplnej – przyczyny problemów z wiązką.

Szczelina skurczowa jest niewielka, ale przechodzą przez nią powietrze i gazy, powodując korozję metalu. Rdza jest dużym problemem przy defektach skurczowych, pęka beton, rozszerzając otwory. Drugim powodem jest korozja, nie wywołana przez parę. Występuje pod wpływem związków chemicznych tworzących beton. Stopień zagrożenia zależy od stopnia rozwoju korozji. Trzecim powodem jest podział wiązki. Szczególnie niebezpieczne jest znalezienie podziału na końcu konstrukcji, funkcja nośna elementów jest zmniejszona.

Uszkodzenie belek stanowi bezpośrednie zagrożenie dla wytrzymałości konstrukcji.

Inne wady

Rodzaj konstrukcji, jej konstrukcja, schematy obliczeniowe nie wpływają na ogólną charakterystykę pęknięć. Każda pojawiająca się wada mówi, że ten punkt jest nagromadzeniem napięcia. Rozważaliśmy już najczęstsze rodzaje niedociągnięć, ale nie jest to pełna lista wszystkich błędów. Zwróćmy uwagę na istniejące rodzaje uszkodzeń:

• Małe pęknięcia, linia włosów. Pojawiają się na górnej powierzchni, nie ma wyraźnej kierunkowości, nie jest trudne do wizualnego określenia. Nie wpływają na nośność, są łatwo usuwane przez posmarowanie roztworu.
• Małe pęknięcia wzdłuż metalowego pręta. Wadzie towarzyszy lekka rdza do 5 mm, istnieje możliwość rozłupywania betonu przy zbrojeniu. Nośność zmniejsza się o 5%, co wpływa na czas pracy. Konieczne jest odnowienie warstwy ochronnej, w razie potrzeby wzmocnienie miejsca ubytku.
• Rozłupywanie betonu. Występuje pod wpływem mechanicznym. Jeśli występuje w strefie ściśniętej, nośność elementów jest naruszona, w strefie rozciągniętej nośność nie jest naruszona, ucierpi sztywność konstrukcji. Wióry są uszczelniane drobnoziarnistą zaprawą.
• Olejowanie betonu. Wycieki oleju w produkcji niosą ze sobą poważne problemy. Wytrzymałość nawierzchni betonowych zmniejsza się o 30%. Warstwa oleista jest usuwana, wycieki są eliminowane.
• Ochrona oderwania. Powstawanie korozji, występowanie pęknięć prowadzi do złuszczania się warstwy ochronnej. Stan jest awaryjny, eliminowany przez przywrócenie powłoki ochronnej.
• Rozerwanie fundamentów doprowadza budynek do ruiny. Wibracje są pilnie eliminowane, fundament jest wzmacniany.

Proces naprawy pęknięć

Renowacja żelbetu metodą iniekcji.

Pęknięcie nie jest tak straszne jak jego szerokość. Dopuszczalny rozmiar 3 mm. Wilgoć łatwo przenika do większych zmian. W zimnych porach roku woda zamarza, powiększając szczelinę jeszcze bardziej, więc mija kilka okresów zamarzania i rozmrażania. Pęknięcie zwiększa objętość, wilgoć dostaje się do niego jeszcze bardziej. Z biegiem czasu woda dociera do metalowego pręta, pojawia się rdza, w wyniku czego dochodzi do zniszczenia betonu.

Aby uniknąć zniszczenia, nawet niewielkie pęknięcia powinny być naprawiane na wczesnym etapie. Obszar betonowy jest traktowany zimną wodą za pomocą szpatułki, formacje włosów są uszczelniane roztworem. Uszkodzenia można ukryć dowolnym materiałem, na różne sposoby. Na właściwy wybór ma wpływ szerokość uszkodzenia, przyczyna, rodzaj, wpływ na nośność.

Przy zachowaniu nośności stosuje się metodę odbudowy zwaną łączeniem. Szczelina jest stukana na całej długości w celu wykrycia pustki. Wszystkie okruchy, wióry usuwa się metalową szczotką, a oczyszczoną przestrzeń przedmuchuje sprężonym powietrzem. Przygotowaną powierzchnię pokrywa się mieszanką polimerowo-cementową, wyrównując ją z powierzchnią betonu.

Utraconą nośność przywraca się poprzez wtrysk żywic polimerowych bezpośrednio w rysę. Nowoczesna zaprawa epoksydowa jest zdolna do wiązania nawet z mokrym betonem. Zakres temperatur pracy jest bardzo szeroki, mają niewielki skurcz, jakościowo wypełniają przestrzeń.

Wniosek

Uszkodzenia powierzchni żelbetowych występują podczas transportu, montażu, eksploatacji. Skutkiem takiego uszkodzenia są pęknięcia.

Terminowa identyfikacja i ocena badania pozwoli prawidłowo określić rodzaj wady i przeprowadzić prace naprawcze przy zachowaniu nośności konstrukcji.