Трещины пластической осадки в бетоне образуются во время начального схватывания бетона. Механизм, возникновение и профилактика пластических трещин осадки рассмотрены ниже.
Механизм образования трещин пластического оседания в бетоне
Если оседание твердых частиц в бетоне происходит свободно и беспрепятственно, то происходит уменьшение глубины и объема залитого бетона, но без образования трещин. Однако любое ограничение этого движения, например, армирование, может привести к образованию трещин пластического оседания.
Если твердые частицы продолжают оседать по сравнению с теми, которым препятствуют дальнейшему движению вниз, бетон “ломает спину” и на его поверхности появляется разрыв, так как он испытывает напряжение. Трещины могут образовываться с регулярным шагом, отражающим расположение арматуры.
Трещины в бетоне часто возникают вместе с пустотами под стержнями, как показано на рисунке 1. На рисунке 1(a) показано начало, а на рисунке 1(b) – состояние через несколько часов. Эти пустоты в форме полумесяца могут быть первоначально заполнены вытекающей водой. Таким образом, область сцепления между брусом и бетоном уменьшается.
Образование трещины пластической осадки (начальная и конечная)
Внешний вид трещин пластического оседания в бетоне
Визуальный вид трещин пластического оседания
Наиболее распространенным ограничением в перекрытиях является арматура. Трещины возникают на верхней поверхности и обычно следуют по линии самых верхних стержней, образуя серию параллельных трещин; могут быть также более короткие трещины под прямым углом над стержнями, идущие в противоположном направлении.
Трещины пластической осадки обычно имеют ширину 1 мм и обычно идут от поверхности к стержням (см. рис. 2 и 3). Оседание может также привести к появлению видимых волнистых участков на поверхности бетона, с высокими точками над верхними арматурными стержнями.
Вид трещин на общем плане
Сечение, показывающее волнистость
В некоторых случаях, когда стержни в верхнем слое арматуры расположены близко друг к другу, весь поверхностный слой бетона может “висеть” на арматуре, пока бетон под ним оседает. Это может привести к горизонтальному разрыву под арматурой, что приводит к потере связи и со временем к отслоению бетонного покрытия, защищающего арматуру от коррозии.
В отличие от трещин в затвердевшем бетоненапример, в результате перегрузки, эти трещины образуются в очень раннем возрасте, проходят через цементный раствор и не проходят через частицы заполнителя. Поэтому их путь более извилист. Эта форма трещины может быть потенциально серьезной, поскольку она проходит продольно арматуре и распространяется на сталь, сводя на нет сопротивление коррозии, оказываемое бетоном.
Мелкие трещины могут возникать на относительно узких поверхностях, таких как колонны. Бетон может растечься между поверхностями формы. Оседание под сдерживаемым бетоном приводит к образованию трещины, обычно совпадающей со связями.
Иногда возможно образование трещин пластического оседания на вертикальной поверхности, где арматура ограничивает свободное движение бетона в опалубке. В таких случаях возможно, что трещины образуются между линиями арматуры.
Бетон также может поддерживаться лицевой поверхностью опалубки. Это вызывает сдерживание бетона между соединенными элементами и особенно очевидно, когда изменения в сечении вызывают дифференциальную осадку, при этом бетон в более глубокой части оседает больше, чем в более мелкой, что приводит к образованию трещин.
Это заметно при переходе между развальцованной головкой колонны (грибом) и обычной колонной, а также в корытообразных и вафельных плитах, где большее оседание происходит в полотне, чем в сравнительно тонком фланце (см. рис. 4 и 5). Трещины могут проходить через фланец и внешне похожи на усадочные трещины.
(a) Арка вблизи вершины колонны, трещины совпадают со связями. (b) Трещины при изменении сечения.
Трещины при изменении сечения в корытообразных и вафельных плитах.
Могут возникать и в других местах, например, под распорными блоками. Трещины в грибовидных головках колонн, как правило, горизонтальные. Они также обычно имеют ширину 1 мм и могут пересекать все сечение.
Если основание или другой материал, на который укладывается бетон, имеет высокую впитывающую способность (сухая почва, несъемные формы), осадка может быть преувеличена, и трещины снова пойдут по схеме расположения арматуры.
Предотвращение трещин пластической осадки в бетоне
Ограничения, которые вызывают образование трещин при пластической осадке, присущи конструкции и, как правило, их невозможно избежать. Резких изменений глубины сечения можно избежать на стадии проектирования, но основное снижение риска происходит за счет проектирования смеси и соответствующей когезии бетона для уменьшения кровотечения.
Проще говоря, предотвращение образования трещин при пластическом оседании бетона может быть достигнуто путем увеличения содержания песка. Однако существует предел, при котором кровотечение увеличивается. Очень чистый песок (вычерпанный в море) обычно способствует движению воды, поэтому смешивание с более “грязным” песком с более высоким содержанием мелких фракций (<150 микрон) может быть полезным.
Склонность к кровотечению в значительной степени зависит от свойств цемента. Тонкость является контролирующим фактором, возможно, потому что более тонкие частицы быстрее гидратируются, тем самым снижая скорость седиментации. Богатые смеси менее склонны к этому, чем тощие.
Пуццолановые добавки также могут помочь, так как они снижают содержание воды и увеличивают количество мелких частиц. Следует избегать высокого содержания GGBS, так как более медленное время схватывания позволяет дольше сохранять кровотечение. Можно использовать воздухововлекающие добавки, при этом увлекаемый воздух стабилизирует матрицу и уменьшает движение воды. Аналогичный эффект заявлен для полипропиленовых волокон в бетоне (British Board of Agreement, 1995).
Меры по устранению пластических трещин оседания
Пластические трещины оседания редко проходят через все сечение, за исключением случаев, аналогичных корытообразным и вафельным плитам, в основном потому, что они останавливаются на арматуре, которая вызывает ограничение. Таким образом, структурная целостность не нарушается, однако трещины должны быть заделаны, особенно на плитах, чтобы снизить риск коррозии арматуры.
Если в только что уложенном бетоне видны трещины пластического оседания, наиболее эффективным способом устранения их появления является повторное вибрирование бетона после образования трещин, но до начала схватывания. Оценка наиболее подходящего времени является обязанностью оперативного работника. Оно будет зависеть от характеристик смеси (типа цемента) и условий окружающей среды. Бетон должен быть способен к повторному уплотнению с помощью вибратора с кочергой.
В целом, своевременное и правильное повторное вибрирование может только улучшить ситуацию, если не полностью восстановить связь под брусом. Утрамбовывание поверхности может закрыть поверхность, но вряд ли устранит пустоты под брусом. Если трещины замечены достаточно рано, и они остаются чистыми и не заполнены детритом, цемент можно засыпать в отверстия и дать ему застыть. Однако это не устранит ослабление связи, вызванное пустотами под арматурой.
Обработка трещин в старом затвердевшем бетоне зависит от условий эксплуатации, т.е. класса воздействия, и тяжести трещин. Они могут быть обработаны инъекцией смолы, хотя в некоторых случаях может потребоваться полномасштабное разрушение и восстановление.
Подробнее о трещинах в бетоне и методах ремонта
- Процедура строительства вафельной или ребристой плиты и ее преимущества.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Виды железобетонных плит – конструкция, стоимость и применение.
- Принципы проектирования подпорных стен.
- Фундамент с вафельной плитой – особенности и детали конструкции.
- Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
- Какие существуют методы ремонта трещин в бетоне?.