Причины образования трещин в бетоне и методы их предотвращения

Причины образования трещин в бетоне

Физически процесс трещинообразования возникает в связи с появлением внутренних напряжений, которые выводят конструкцию из равновесного состояния. В зонах, где эти напряжения превышают прочность бетона, возникают трещины. При этом избыточные внутренние напряжения в теле конструкции могут возникать по разным причинам. Трещины в бетоне могут возникать на разных этапах — в течение первого периода после заливки до полного затвердевания и в процессе эксплуатации бетонных конструкций.

Рассмотрим основные причины образования трещин в бетоне в первый период после заливки:

• Усадочный процесс. Усадка раствора может протекать быстрее набора им прочности, например, при неправильно подобранном составе смеси или нарушения требования по условиям твердения. При этом происходит образование усадочных трещин в бетоне.
• Недостаточное уплотнение раствора, которое приводит к появлению внутри бетона заполненных воздухом пустот. Эти пустоты нарушают прочность конструкции. Они провоцируют образование и разрастание трещин.
• Нарушение технологии устройства дренажа при заливке раствора. В результате бетон оказывается пересушен. Это приводит к возникновению внутренних напряжений, что становится причиной трещин в бетонной стене.
• Коррозия арматуры в ж/б конструкциях. В результате коррозии снижается прочность бетона на изгиб. Кроме этого, армирующие элементы увеличиваются в объеме, что приводит к появлению внутренних напряжений. В совокупности это вызывает появление трещин в бетоне.
• Нарушение оптимальных температурно-влажностных характеристик при твердении бетона. Это приводит к недостаточному набору прочности и сильной усадке, создающей неравномерные напряжения в теле бетона и становится причиной трещин.
• Воздействия со стороны грунта. Подвижки грунта под бетонной конструкцией могут приводить к перераспределению нагрузок и к трещинообразованию.
• Нарушения технологии при ведении работ по бетонированию. К появлению трещин в бетоне могут приводить многие ошибки строителей, например, неправильная сборка опалубки, некорректный расчет количества арматуры, оголение арматуры, слишком быстрый ввод конструкции в эксплуатацию до завершения набора прочности

Трещинообразование может происходить и в процессе эксплуатации готовой железобетонной конструкции, в том числе через годы после ее строительства. Рассмотрим основные причины появления трещин в бетоне после завершения набора прочности:

• Износ конструкции в процессе эксплуатации. Железобетонные конструкции при эксплуатации подвергаются значительным нагрузкам, воздействию влаги, агрессивных веществ, температурных колебаний, других факторов. В результате материал постепенно теряет исходные прочностные характеристики. Это приводит к образованию в бетоне микротрещин, которые постепенно разрастаются. Процесс износа неизбежен. Поэтому при эксплуатации любого здания или сооружения необходимо регулярно производить его техническое обследование.
• Воздействия на конструкцию, например, в результате техногенных аварий или стихийных бедствий. При сильных ударных, температурных, сейсмических воздействиях в бетонной конструкции могут образовываться быстро увеличивающиеся трещины.
• Изменения характера или распределения нагрузок на железобетонную конструкцию в ходе ее эксплуатацию. Проблема может возникать, например, при реконструкции здания, проводимой с ошибками в проектировании. При этом бетон подвергается деформациям, которые становятся причиной трещинообразования.

Для предотвращения образования трещин и предупреждения аварийности зданий и сооружений необходимо соблюдать требования технической документации по их эксплуатации и регулярно проводить инженерное обследование.

Внешние трещины в бетоне

Внешние трещины появляются в результате значительных нагрузок, действующих на железобетонную конструкцию снаружи. К наиболее распространенным причинам их появления относят:

• Изгиб элементов арматуры. Приводит к растяжению конструкции, которое становится наиболее значительным непосредственно в зоне изгиба. В результате образуются трещины в направлении, перпендикулярном оси арматуры.
• Сдвиг. В структуре бетона формируются напряжения, результатом которых становится образование трещин в диагональном направлении, относительно оси арматуры.
• Деформации конструкции, вызывающие нагрузки на растяжения. Это приводит к трещинообразованию в направлении, перпендикулярном продольной оси железобетонной конструкции.
• Нарушение технологии фиксации железобетонной конструкции анкерными болтами. В этом случае трещинообразование может носить разный характер.

Технология устранения дефектов зависит от их характера и причины возникновения. Так, для устранения волосяных трещин в бетоне применяется технология заполнения герметиком или покрытия ремонтной смесью тонким слоем. Отремонтировать сквозные трещины с выраженными протечками можно методом инъектирования с использованием специального состава на основе полиуретана. В зонах дефектов с оголенной арматурой используется технология торкретирования. При этом обязательно проводится антикоррозионная обработка раскрывшихся арматурных элементов.

Внутренние трещины в бетоне

Их появление в бетоне обусловлена действием внутренних напряжений. Основные причины их возникновения:

• Выполнение заливки бетона с нарушением технологии. Твердение разных слоев смеси может происходить с разной скоростью, что создает внутренние напряжения в области границы слоев. Такие напряжения могут иметь разную направленность. Как правило, трещинообразование в тех случаях, когда при твердении наблюдается неоднородная температура смеси по объему раствора.
• Резкие температурные колебания. При сильном холоде происходит сжатие бетона, а при нагревании — расширение. Если при заливке конструкции не были предусмотрены деформационные швы, то при быстром изменении температуры могут возникать значительные внутренние напряжения, которые приводят к трещинообразованию.
• Слишком быстрое высыхание залитого раствора. Это особенно характерно в условиях воздействия повышенной температуры окружающей среды, ультрафиолетового излучения, ветра, других негативных атмосферных факторов.

Технология ремонта железобетонной конструкции зависит от характера и степени раскрытия дефекта. Небольшие узкие трещины размером не более 0,5 мм заделываются специальными ремонтными смесями. Глубокие дефекты шириной более 1 мм устраняют с использованием технологии инъектирования с использованием полиуретановых смол. Изолированные сухие трещины в конструкциях из бетона, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред, заделывают эпоксидными смолами.

Как предотвратить появление усадочных трещин?

Предотвращение образования усадочных трещин имеет ключевое значение для получения надежной бетонной конструкции. Для этого необходимо применять такие основные меры в процессе подготовки, заливки раствора, ухода за бетоном в процессе твердения:

• Соблюдение технологии приготовления раствора, использование качественных компонентов в верных пропорциях.
• Качественное армирование. Объем арматуры и схема арматурного каркаса определяется проектом с учетом размеров конструкции, действующих на нее нагрузок. Не допускается использование арматуры с признаками коррозии.
• Меры по компенсации температурных расширений и усадочных процессов. Для этого обязательно предусматриваются деформационные швы.
• Защита залитого раствора от воздействия солнечных лучей, контроль его температуры в процессе твердения.

Обязательной мерой по уходу за бетоном для защиты от появления усадочных трещин является увлажнение. Раствор нуждается в регулярной поливке в течение первых нескольких недель после бетонирования. При температуре воздуха в пределах от +18 до +23 градусов первую поливку выполняют через 3-4 часа после укладки, при температуре выше +25 градусов — через 1-1,5 часа. Если раствор заливается при температуре от +5 до +10 градусов, первую поливку выполняют через 10-12 часов. Если температура ниже +5 градусов, поливать бетон не нужно.

На время твердения залитый бетон нужно укрыть пленкой или другим влагонепроницаемым материалом для защиты от быстрого высыхания, которое может стать причиной образования усадочных трещин. В течение первых 3-5 суток он нуждается в регулярной поливке. Если температура воздуха не превышает +25 градусов, поливать его 3 раза днем и 1 раз ночью. При более высокой температуре поливку нужно выполнять через каждые несколько часов. В дальнейшем бетон поливают один раз в сутки до полного затвердевания.