2.4. Трещины в каменных конструкциях

Кирпичная кладка, как и бетон, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. В результате этого на растянутой поверхности кладки задолго до разрушения появляются трещины. Имеются также и другие факторы, способствующие образованию трещин:

• а) низкое качество кладки (несоблюдение перевязки, толстые растворные швы, забутовка кирпичным боем);
• б) недостаточная прочность кирпича и раствора (трещиноватость и криво линейность кирпича, высокая подвижность раствора и т.п.);
• в) совместное применение в кладке разнородных по прочности и деформативности каменных материалов (например, глиняного кирпича совместно с силикатным или шлакоблоками);

45

Рис.2.11. Трещины в сборных панелях перекрытий:
а - в ребристой панели (ПКЖ); б - в пустотной панели (ПТК); 1 - 4 - силовые трещины; 5 - технологические трещины

• г) использование каменных материалов не по назначению (например, силикатного кирпича в условиях повышенной влажности);
• д) низкое качество работ, выполняемых в зимнее время (использование не очищенного от наледи кирпича, применение смерзшегося раствора);
• е) отсутствие температурно-усадочных швов или недопустимо большое расстояние между ними;

46

• ж) агрессивные воздействия внешней среды (кислотное, щелочное и солевое воздействия, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание);
• з) неравномерная осадка фундаментов.

Анализируя картину трещин в каменной кладке, следует помнить, что появление отдельных трещин в перевязочных камнях свидетельствует о ее перенапряжении.

Развитие трещин, как правило, указывает на значительное перенапряжение кладки и необходимость ее срочной разгрузки или усиления.

Трещины в кирпичных внецентренно сжатых колоннах

Характер трещинообразования в кирпичных колоннах, так же как и в железобетонных, зависит от величины эксцентриситета приложенной силы.

При больших эксцентриситетах в растянутой зоне колонн по неперевязанному шву образуются горизонтальные трещины. С увеличением эксплуатационной нагрузки трещины раскрываются и удлиняются, в результате может произойти потеря устойчивости колонны или разрушение ее сжатой зоны.

При малых эксцентриситетах горизонтальных трещин может не быть. Однако, если имеет место перегрузка колонны, появляются вертикальные продольные трещины. Картина трещинообразования во внецентренно сжатой кирпичной колонне показана на рис. 2.12.

Внецентренно сжатые кирпичные колонны, на поверхности которых имеются горизонтальные и вертикальные трещины шириной раскрытия более 0,5 мм, обычно требуют усиления.

Трещины в кирпичных стенах

Причинами образования трещин в стенах могут быть как внешние силовые воздействия, так и внутренние усилия, обусловленные влиянием окружающей среды и физико-химическими процессами, протекающими в материалах кладки. В зданиях с железобетонными перекрытиями, работающими совместно со стенами, причиной появления трещин может быть разница коэффициентов температурного расширения железобетона и каменной кладки

47

Рис. 2.12. Трещины в кирпичной колонне:
а - трещины в кирпичной кладке; б - трещины на оштукатуренной поверхности; 1 - горизонтальные трещины на оштукатуренной поверхности при невыполнении условия N ≤ AEε_u /[A(h - y)l₀ /J - 1]; 2 - горизонтальные трещины в теле кладки при невыполнении условия N ≤ γ₂R_tbА /[А(h - y)l₀ /J - 1]; 3 - трещины от перегрузки сжатой части сечения; 4 - трещины от смятия кладки под сосредоточенной силой Условные обозначения к рис. 2.12: А - площадь сечения колонны;ε_u - предельная относительная деформация кладки; J - момент инерции сечения; γ₂ - коэффициент условия работы кладки; R_tb расчетное сопротивление кладки растяжению по неперевязанному шву

Следует отметить, что образующиеся в стенах трещины имеют различную направленность и глубину проникновения в кладку. Так, при центральном сжатии в зоне перегрузки образуются вертикальные, параллельные направлению действующей силы, трещины, распространяющиеся на всю глубину стены. При внецентренном сжатии возможно образование неглубоких горизонтальных трещин, сопровождающихся выпучиванием стены. Если под концом железобетонной или стальной балки отсутствует распределительная конструкция (армированный

48

слой раствора или железобетонная подушка), то в зоне опирания часто образуются вертикальные неглубокие трещины, свидетельствующие о чрезмерных сжимающих напряжениях в кирпичной кладке.

Из внешних силовых воздействий, вызывающих интенсивное трещинообразование, особо опасными следует признать те; которые возникают при неравномерной осадке фундаментов под стенами. Так, в зданиях без подвалов причиной неравномерной осадки может стать рытье траншеи под водопроводно-канализационные сети ниже отметки фундаментов или рытье котлована под новое здание в непосредственной близости к существующему. Увеличивает опасность образования трещин и вибрация грунтового основания в результате близкой забивки свай.

Картина трещин, представленных на развертках рис. 2.13, анализируется, одновременно выявляются особо опасные для несущей способности стен повреждения. Возможные причины образования трещин указываются в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Причины образования трещин в стенах (к рис. 2.13)

49

Рис. 2.13. Развертки стен с трещинами:
а - план здания; б - стена по оси 2; в - стена по оси А; г - стена по оси В; д - стена по оси Б; е - стена по оси 1; 1 - 6 - трещины в стенах

50

Способы залечивания трещин

Залечивание трещин в конструкциях производится разными методами, одним из которых является инъецирование, т.е. нагнетание в трещины растворов. В зависимости от вида конструкции, формы и размеров дефектов инъецирование осуществляется различными видами растворов, по названию которых даются определения: силикатизация, битумизация, смолизация и цементация.

Силикатизация состоит из двух этапов. На первом - через пробуренные в конструкции отверстия нагнетается жидкое стекло, которое, проникая через трещины в тело конструкции, заполняет их; на втором - нагнетается раствор хлористого кальция, который, реагируя с жидким стеклом, образует труднорастворимый гидросиликат кальция CaO SiO₂ · 2,5H₂O и нерастворимый гель кремнезема SiO₂ · Nh₂O. Силикатизация используется для залечивания трещин в конструкциях, работающих в агрессивных и слабоагрессивных средах.

Битумизация заключается в нагнетании в конструкцию разогретого до 200 - 230°С битума марки III, причем конструкция должна иметь низкую влажность, чтобы не было парообразования. Битумизация не увеличивает прочности конструкции, однако она является хорошим средством повышения ее водонепроницаемости и коррозийной стойкости.

Смолизация состоит в нагнетании в трещины и пустоты компаундов эпоксидных смол, что является надежным способом повышения коррозийной стойкости и существенного увеличения прочности конструкции.

Цементация трещин представляет собой наиболее распространенный способ залечивания конструкций, при котором используется цементная смесь разных составов в зависимости от ширины раскрытия трещин. Виды цементных составов даны в табл. 2.5. Цементная смесь готовится на портландцементе или тампонажном цементе марок 400 и 500, засыпаемых в воду с последующим интенсивным перемешиванием в течение 2 - 3 мин. Готовая смесь процеживается через сито с ячейками 0,5 - 1 мм. Смесь должна быть использована в течение 30 мин.

Инъецирование трещин, т.е. процесс нагнетания смеси в залечиваемую конструкцию, состоит из трех операций:

• - подготовка скважин;
• - установка и омоноличивание инъекционных трубок;
• - нагнетание смеси.

51

Таблица 2.5

Характеристика цементных составов

Подготовка заключается в расчистке и расширения участка конструкции с трещинами, где предполагается установить трубки, при этом удаляются грязь, наплывы раствора и инородные включения. Количество подготавливаемых скважин определяется рабочей схемой из расчета не менее двух трубок на одну трещину. Глубина скважин должна составлять 50 - 70 мм, диаметр - 18 - 25 мм. Скважины желательно делать под углом 60 - 80° к вертикальной поверхности, обеспечивая хорошее стекание смеси в дефектный участок.

Инъекционные трубки заделываются в конструкцию цементным раствором состава 1:3 с осадкой конуса 2 - 3 см. При больших размерах трещин вокруг трубки укладывается пропитанная смолой или жидким стеклом пакля, которая плотно зачеканивается. Конец трубки должен выступать над поверхностью конструкции на 50 - 80 мм для крепления в ней шланга.

На каждом обработанном участке устанавливается не менее двух трубок: в одну нагнетается смесь, а другая служит для контроля. Смесь нагнетается специальными ручными насосами (НИИ Мосстроя или С-402А), а для нагнетания небольших объемов смеси используются различные шприцы.

Рабочее давление при инъецировании раствора составляет 1 - 4 атм., но может повышаться в отдельных случаях до 10 - 12 атм. Продолжительность инъекции цементным раствором на один инъектор должна быть не более 10 мин. Инъекционные трубки извлекаются из конструкции через 6 часов после окончания инъекции.

52