Основные повреждения железобетонных пролетных строений
В процессе эксплуатации в пролетных строениях из обычного и преднапряженного железобетона развиваются различные повреждения в виде трещин, сколов бетона, раковин, отслоения защитного слоя, выщелачивания бетона, разрушения гидроизоляции и водоотвода (рис. 1.34). Повреждения в значительной степени могут оказывать влияние на снижение работоспособности, грузоподъемности и долговечности пролетных строений.
Рис. 1.34. Схема основных повреждений железобетонных пролетных строений: а – фасад балки; б – поперечное сечение балки; 1 – выщелачивание бетона; 2 – скол бетона с оголением арматуры; hб – толщина балласта под шпалой более 40 см
Трещины относят к наиболее распространенному виду повреждения железобетонных пролетных строений. Они имеют весьма разнообразный характер своего развития (см. рис. 1.29).
Поперечные трещины развиваются преимущественно в нижних растянутых поясах пролетных строений, а также в бортиках плиты проезжей части (рис. 1.35). Их возникновение обусловлено главным образом недостатками технологических операций при изготовлении и монтаже пролетных строений. Поперечные трещины относятся к категории силовых трещин, возникающих при действии нагрузок на пролетное строение. Трещины силового происхождения характеризуются значительной глубиной распространения. Установлено, что при раскрытии трещин более 0,2–0,3 мм проникающая через них влага приводит к коррозии арматуры и снижению грузоподъемности пролетного строения.
Наклонные трещины в главных балках пролетных строений развиваются преимущественно в зоне опорных сечений (рис. 1.36).
Их возникновение определяет действие главных растягивающих напряжений. Наклонные трещины в эксплуатируемых пролетных строениях из обычного и преднапряженного железобетона оказывают существенное влияние на снижение их грузоподъемности и долговечности. Рекомендуют при обнаружении наклонных трещин проверять пролетные строения специальными расчетами по грузоподъемности.
Рис. 1.35. Развитие поперечных трещин в пролетном строении
Рис. 1.36. Развитие наклонных трещин
на концевом участке пролетного строения
Продольные трещины возникают в местах примыкания плиты балластного корыта к стенкам главных балок, на торцовых участках, а также вдоль напряженной арматуры в поясах балок (рис. 1.37).
Рис. 1.37. Развитие горизонтальной трещины в зоне примыкания плиты
к главной балке пролетного строения
Два последних вида трещин чаще наблюдаются в начальный период эксплуатации. Трещины, развивающиеся в местах прикрепления плиты к балке, относят к категории опасных, изменяющих работу конструкций.
Усадочные трещины, имеющие, как правило, хаотичное расположение на поверхностных слоях, являются следствием нарушения технологических режимов ухода за бетоном при изготовлении пролетных строений. Они приводят к развитию трещин, в перспективе оказывающих влияние на долговечность конструкций.
При оценке технического состояния эксплуатируемых мостов выделяют температурно-усадочные трещины, возникающие от неравномерных по сечению деформаций от действия температуры наружного воздуха и усадки бетона. При этом на поверхности элементов образуется сетка поверхностных трещин, которые постепенно под действием нагрузки углубляются и снижают их долговечность.
Трещины в зонах опорных частей развиваются при нарушении их работы и развитии при этом дополнительных усилий. Если имеет место неплотное опирание на опорные части, то значительные динамические воздействия ускоряют процесс трещинообразования.
Глубину распространения трещин определяют ультразвуковыми трещиномерами или при помощи щупов. Для определения ширины раскрытия трещин применяют специальные оптические микроскопы.
Скол бетона является следствием недостаточной толщины и низкого качества бетона защитного слоя (рис. 1.38).
Проникновение влаги через защитный слой приводит к его отслоению, оголению и коррозии арматуры. Скол бетона в зоне рабочей арматуры может привести к потере ее сцепления с бетоном и выключению из работы. Скол бетона уменьшает площадь сечения элементов пролетных строений, снижая их грузоподъемность и долговечность.
Наличие в конструктивных элементах раковин, каверн, зон с недостаточной толщиной защитного слоя бетона, а также сколов бетона относят к дефектам бетонирования, что приводит к ухудшению защитных свойств арматуры от коррозии.
Рис. 1.38. Скол бетона с оголением арматуры балки пролетного строения
Повреждения в виде растрескивания поверхности бетона, разрыхления и последующего разрушения наружных слоев являются следствием попеременного замерзания и оттаивания бетона во влажной среде (размораживание). Если вода попадает во внутренние полости и каверны, то происходит расширение замерзающей воды, приводящее к образованию сколов бетона.
При более глубоком исследовании характеристик материала эксплуатируемых пролетных строений выделяют карбонизацию бетона. Карбонизацией бетона называют реакцию превращения гидроксида кальция (извести) в карбонат кальция. Процесс карбонизации, как правило, начинается с поверхности конструкции, интенсивность которого зависит от плотности бетона, температуры, влажности и других факторов. Процесс карбонизации протекает быстрее в растянутых, чем в сжатых элементах. Карбонизированный слой снижает защитные свойства бетона и вызывает коррозию арматуры. Установлено, что глубина карбонизации составляет от 10 до 20 мм за 30 лет эксплуатации пролетного строения [1].
Для обнаружения внутренних и наружных дефектов в бетоне в современных условиях применяют портативные ультразвуковые дефектоскопы, вихретоковые приборы.
Выщелачивание бетона относят к повреждениям, развивающимся из-за неисправности водоотвода и гидроизоляции пролетных строений. При этом наблюдают протечки воды, сопровождающиеся высолами – продуктами выщелачивания бетона на поверхности элементов. Процесс выщелачивания связан с выносом водой растворяемых в ней солей. Продукты выщелачивания проявляются в виде потеков и пятен белого или коричневого цвета, а также сталактитовых сосулек, образующихся в зоне водоотводных трубочек (рис. 1.39, 1.40).
Рис. 1.39. Выщелачивание бетона в главных балках пролетных строений
Рис. 1.40. Выщелачивание бетона с образованием сталактитовых сосулек
Коррозия арматуры развивается вследствие недостаточной толщины и низкой плотности защитного слоя бетона, а также в результате карбонизации бетона. Разделяют скрытую коррозию арматуры – без внешних признаков и коррозию с внешними признаками на поверхности элементов в виде потеков и пятен коричневого цвета (рис. 1.41).
Рис. 1.41. Внешние признаки коррозии арматуры пролетного строения
Оголенная арматура в наибольшей степени подвержена коррозии от атмосферных воздействий, что приводит к снижению грузоподъемности и долговечности пролетного строения.
В процессе эксплуатации пролетных строений уделяют внимание качеству и состоянию гидроизоляции и отводу воды. Одним из признаков повреждения гидроизоляции и водоотвода является наличие мокрых пятен и следов выщелачивания бетона на поверхности пролетных строений.