Наблюдения за трещинами городских сооружений — важная часть оценки их надежности.
Как известно, бетон хорошо работает на сжатие, но относительно слабо на растяжение. Общепринятое отношение усилия растяжения к усилию сжатия составляет примерно 1:10. Когда бетон подвергается даже небольшим растягивающим нагрузкам, могут появиться трещины. Множество образующихся трещин по силовым соображениям в начальный период малозначительны, но они активизируют процесс, при котором карбонизация или содержащая хлориды вода достигнет арматуры, что значительно повлияет на надежность конструкции.
Трещины могут быть разделены на две категории: те, которые возникают до упрочнения, и те, которые появляются после упрочнения элементов сооружения.
Трещины, возникающие до упрочнения, образуются от разрушения при раннем замерзании. Если бетон замерзает и начинает оттаивать до того, как напряжение достигнет величины 2 Н/мм2, развивается трещина и происходит выкрошивание материала.
Пластичное сжатие характеризуется состоянием, когда бетон подвержен воздействию окружающей среды (солнце, ветер) так, что скорость испарения с поверхности больше, чем просачивание воды на поверхности, при этом в бетоне возникают дефекты, формирующиеся в основном в виде относительно параллельных трещин. В достаточно тонких плитах эти трещины могут проходить через всю конструкцию. Трещины от пластичного сжатия будут доступны для проникновения воды, содержащей соль, к арматуре. Эти трещины можно обнаружить на поверхности бетонных парапетов или колонн. В любом случае они предоставляют прямой доступ воды к арматуре.
Конструктивно распространяющиеся трещины возникают, когда основание или опалубка сдвигаются под воздействием влажного бетона. Указанные трещины будут с большой вероятностью достигать мест расположения арматуры. Эти явления следует учитывать на стадии проектирования.
Трещины, возникающие после упрочнения, возможны при комбинированном сжатии. Иногда при производстве бетона в него попадают нежелательные примеси, которые дают усадку в присутствии воды. В результате этого возникают «раскрытия» с рыхлой, как в случае сульфатных атак, поверхностью; аналогично происходит при сухом сжатии, когда весь бетон готовится с большим количеством воды, чем необходимо для гидратации цемента. По мере испарения воды ее содержание в бетоне уменьшается. Если процесс сжатия ограничен, бетон начинает растрескиваться. Такие трещины будут почти неизбежно достигать арматуры, открывая доступ агрессивным жидкостям. При этом образуется сеть взаимосвязанных трещин на поверхности конструкции. Возникшие трещины не пронизывают тело бетона и поэтому не оказывают большого влияния на надежность конструкции сооружения.
Большую опасность в городских инженерных сооружениях представляет коррозия арматуры. Арматура выполняет основные функции в восприятии изгибающих и растягивающих напряжений, а также силовых воздействий. При любой депассивации сразу разрушается ее защитная пленка, может начаться коррозия, вызванная попаданием влаги и кислорода. Красная/коричневая ржавчина займет значительно больший объем, чем занимает арматура. Такое увеличение объема вызывает возникновение растягивающих напряжений; при этом сначала образуются трещины, а затем происходит выкро- шивание поверхности бетона, что приводит к интенсификации коррозии. В случае проникновения хлоридов, как правило, образуются пятна черной ржавчины. Коррозия этого типа значительно более опасна, так как она может получить существенное развитие до того, как ее следы будут видны на поверхности. Такая коррозия может быть обнаружена с помощью приборов, используемых для определения возможных мест ее вероятного появления.
Циклы замерзание-оттаивание городских сооружений характеризуются состоянием, когда насыщенный водой бетон становится объектом попеременного замерзания или оттаивания, возникающие напряжения растяжения приводят при этом к образованию трещин и выкрошиванию бетона на поверхности.
Сезонные колебания температуры также в значительной степени влияют на процесс трещинообразования. Если перемещения ограничены, то сезонные колебания температуры могут вызвать образование трещин. Особый случай — это опоры, где нет ограничения перемещений. При начальных тепловых перемещениях схватывание цемента происходит экзотермически, что вызывает расширение бетона на начальной стадии. Если усадка при охлаждении ограничена, то бетон начинает растрескиваться. Как правило, такая форма трещинообразования проявляется в мостовых конструкциях в виде вертикальных трещин в опорах и окрылках. В этих местах трещины обычно незначительны.
Структурные трещины обычно возникают в случаях, когда недостаточна квалификация персонала или имеются ошибки в проектировании, приводящие к образованию трещин при случайных перегрузках. Такие трещины распознаются по форме, размерам, местоположению и нуждаются в немедленном «залечивании».
Для получения представления о природе происхождения трещин должны быть зафиксированы данные об их ширине, частоте расположения и размерах.
Ниже приведена классификация трещин, которая может быть использована при обследовании состояния городских инженерных сооружений:
а) характеристики ширины поверхностных трещин, мм:
Менее 0,1............................................................Супертонкая
0,1—0,3..............................................................Очень тонкая
0,3—1............................................................................Тонкая
1— 2........................................................Умеренно широкая
2— 5.........................................................................Широкая
5—10...............................................................Очень широкая
Более 10...........................................................Суперширокая
б) характеристики расстояния между близлежащими трещинами, м:
Менее 0,025 ............................................Суперблизко расположенные
0,025—0,1 ...............................................Очень близкорасположенные
0,1—0,25...........................................................Близко расположенные
0,25—0,5.............................................................Умеренное расстояние
0,5—1.....................................................................Большое расстояние
1—10............................................................Очень большое расстояние
Более 10........................................................Супербольшое расстояние
Одиночная......................................................................Изолированная
Трещины размером до 0,1 мм называют «волосяными» и в основном их не относят к категории опасных. Трещины от 0,1 до 0,5 мм являются наиболее частыми, подлежат более тщательному обследованию и локализации. Трещины от 0,5 до 1 мм, как правило, требуют срочного ремонта (если это силовые трещины), их описание приведено ниже, мм:
Менее 0,1........................................................Волосяная
От 0,1 до 0,3................................................. Допустимая
От 0,5 до 0,7.......................................................Крупная
От 0,7 до 3.................................Очень крупная (опасная)
Более 3................................................................Разлом
Ширина трещин на поверхности может быть измерена с помощью откалиброванной пластиковой линейки или ручного отградуированного микроскопа. За динамикой развития трещин можно наблюдать с помощью прибора первичной обработки и хранения информации, снабженного специальным датчиком перемещений с диапазоном измерений 0,2-12мм.