Развитие трещинообразования в бетоне при электрокоррозии арматуры

Процесс электрокоррозии арматуры и анкерных болтов сопровожда­ется, кроме собственно растворения металла, появлением продуктов его коррозии. Последние имеют больший объем, чем объем растворен­ного металла, и вследствие этого создают в бетоне механическое давле-

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

ние. В результате этого давления в бетоне появляются растягивающие напряжения, при превышении которыми предела прочности бетона на растяжение появляются трещины. Для оценки механизма появления и развития этих трещин целесообразно рассмотреть модель, представлен­ную на рис. 3.32. В этой модели предполагается, что пучок арматуры на­ходится на достаточной глубине от поверхности и в нем при появлении продуктов коррозии реализуется состояние всестороннего сжатия, а в бетоне на контакте с арматурой появляются радиальные сжимающие и тангенциальные растягивающие напряжения. При достижении послед­ними предела прочности в бетоне, как отмечалось, образуются трещины. Ранее уже указывалось (см. гл. II), что прочность центрифугированного бетона на растяжение неодинакова по различным направлениям. Наи­меньшее значение этой прочности отмечается по площадкам, парал­лельным боковой поверхности опор, и поэтому трещины образуются в первую очередь на этих площадках. В силу наличия в бетоне различ­ных ослаблений длина образующихся трещин оказывается значительно большей общего диаметра пучка. В этом случае для нахождения длины тангенциальных трещин можно применить простой асимптотический метод, основанный на принципе микроскопа. В соответствии с этим ме­тодом действующее на бетон от арматуры давление продуктов коррозии заменяется двумя силами F, приложенными к противоположным бере­гам прямолинейной трещины длиной 2С. Эти силы действуют в середи­не трещины перпендикулярно к ее поверхности. В удалении от трещи­ны напряжения в бетоне отсутствуют. При силе F=pD и коэффициен­та те интенсивности напряжений K₁=F/ П 2Сдлина трещин при условии К₁=К_IC, оказывается равной [33]

(3.19)

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

В последнем выражении величины К_}С и р в момент образования трещин изменяются незначительно. В первом приближении при нача­ле развития электрокоррозии их можно принять равными: р = 2 МПа; К_1С = 0,1 МПасм⁰⁵. При этих условиях длина трещин в основном зави­сит от диаметра D пучка проволок. Если положить, что опора армирова­на проволокой диаметром 4 мм, то при одиночном расположении прово­лок длина трещин составляет 3,2см, при парном расположении струн — 12,8 см, при трех струнах в пучке — 41 см. В подземной части обычных центрифугированных опор расстояние между пучками арматуры состав­ляет порядка 8 см. Это показывает, что уже при попарном расположении проволок трещины от соседних пучков при элсктрокоррозии соединяют­ся в одну трещину. В результате этого образуется единая кольцевая тре­щина, разделяющая подземную часть на два цилиндра, входящих друг в друга. Сечение опоры приобретает составной характер.

Образование кольцевой трещины в стенке опоры приводит к увели­чению диаметра наружного цилиндра, которое компенсируется возник­новением продольных трещин. Процесс образования и места их распо­ложения во многом носят случайный характер. Во всяком случае, уста­новлено, что в подземной части опор возникает несколько продольных трещин и их количество значительно меньше числа пучков арматуры.

Отмеченный механизм возникновения и развития кольцевых и про­дольных трещин в целом характерен и для опор, армированных стержня­ми. В фундаментах этот механизм несколько иной и характеризует­ся образованием одной трещины над анкерным болтом по каждой грани.

Следует отметить еще одну важ­ную деталь в возникновении и раз­витии трещин в подземной части опор и фундаментов при появле­нии электрокоррозионных разру­шений арматуры и бетона. Она со­стоит в том, что, наряду с развитием трещин в кольцевом тангенциаль­ном направлении и последующим образованием продольных трещин в подземной части опор, под вли­янием давления продуктов корро­зии в подземной части происходит развитие кольцевых и продольных трещин и в надземную часть опор (рис. 3.33).

При этом, как показывают наблюдения, высота развития трещин в надземной части достигает 10 — 15 см. Этот факт является примечатель­ным, так как позволяет в ряде случаев обнаруживать электрокоррозию арматуры подземной части без откопки.

Электрокоррозия арматуры, металлических болтов и деталей в опо­рах контактной сети и их фундаментах является наиболее опасным повреждением. Для предотвращения ее необходимо всемерно повы­шать электрическое сопротивление верхнего пояса опор и фундамен­тов контактной сети. В настоящее время для этих целей разработан комплекс изолирующих элементов (рис. 3.34) и конструкций фунда­ментов, обеспечивающих высокую степень защищенности опор от воздействия токов утечки и исключающих электрокоррозионные по­вреждения.

Процессы электрокоррозии арматуры протекают в любом бетоне, и на скорость этих процессов мало влияют характеристики бетона, в частности его прочность и плотность. Испытаниями, проведенными во ВНИИЖТе на призматических образцах длиной 200 мм и сечением 50x50 мм, изготовленных из бетона различной прочности и имеющих в их центре заделанные стальные электроды, установлено, что после воздействия анодного тока одинаковой плотности на металлические электроды трещины в бетоне различной прочности появляются прак­тически одновременно. В любом случае, появление трещин в образцах, изготовленных из бетона МЗОО, происходило всего лишь на несколько часов (в пределах 5 — 10 ч) раньше, чем в образцах, изготовленных из бетона М600.

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор