Образование трещин
Многочисленными исследователями было отмечено, что процесс трещинообразования в армоцементе несколько отличается от подобного процесса в железобетоне. Причина этому — дисперсное армирование сечений армоцементных элементов тонкими сетками. Однако степень участия бетона в работе на растяжение армоцемента выявлена недостаточно. Это объясняется сложностью эксперимента, заключающегося в определении совместных деформаций арматуры и бетона по линии их контакта и вдали от нее, трудностью определения синхронности деформаций всех тонких проволок в пакете сеток; изменением модуля деформаций бетона в зависимости от стадии работы армоцемента; частым расположением трещин в армоцементе и, в связи с этим, сложностью учета работы бетона на растяжение на участках между трещинами.
Кроме того, процессы трещиностойкости, образования и раскрытия трещин в армоцементе имеют особое значение. Они обусловливаются усадкой бетона, силовыми воздействиями, вызывающими перенапряжение в бетоне, наложением вторичного поля возмущений, вызванного неоднородностью бетона, на поле напряжений, возникшее под влиянием внешней нагрузки, осадкой опор или температурными деформациями. Силовые трещины в нормальных и косых сечениях чаще всего появляются в растянутых зонах элемента вследствие низкой прочности бетона на растяжение. Образование трещин снижает жесткость сечения элемента, способствует проникновению влаги и других агрессивных сред, вызывающих коррозию арматуры и понижающих долговечность армоцемента.
Дискуссия о растяжимости бетона начиналась с работ Консидера (1898—1899 гг.), который обнаружил повышенную растяжимость армированного бетона и считал, что она происходит только за счет удлинения бетона вблизи арматуры. Несколько позже было установлено, что на удлинение бетона влияет появление микротрещин. В последующих работах было отмечено, что арматура не изменяет предельной растяжимости бетона. Следует различать трещины технологические и силовые. Первые зарождаются в процессе приготовления и укладки бетонной смеси. Рассмотрим этот механизм.
Согласно исследованиям проф. И. А. Ахвердова, бетонная смесь состоит из комочков различной величины и плотности, содержащих внутри воздух. Во время твердения цементного камня объем гранул сокращается и этим нарушается сцепление между ними по поверхности контакта. В результате в месте наибольшего ослабления сцепления возникают усадочные трещины. Отметим, что усадочные трещины зарождаются в связи с обоюдным сдвигом поверхностей комков бетонной смеси, вызванного силами уплотнения, и обусловливаются удалением воздуха.
В. Г. Бессонов наблюдал в местах расположения проволок зоны ослабленного бетона, где, уже в процессе коагуляции бетона, зарождались усадочные трещины шириной до 0,001 мм. Это объясняется тем, что при уплотнении бетонной смеси вибрация сообщается и сеткам, проволоки которых, резонируя, отталкивают от себя бетон. При сварных сетках подобное явление наблюдалось в меньшей степени, что можно объяснить меньшей податливостью сварных узлов. Эти трещины, как правило, не видны невооруженным глазом и располагаются на поверхности образца хаотично. Нужно отметить, что уменьшение шага поперечных проволок увеличивает количество зон ослабленной структуры бетона. А спрямление продольных проволок при растяжении тканых сеток вызывает деформацию поперечных проволок и соответствующих зон ослабления — в результате снижается деформативность армоцемента.
Л. Г. Курбатов указывает на то, что между характером деформирования и развитием трещин в армоцементе существует определенная связь.
Исследования подтвердили, что деформации армоцемента на участках, примыкающих к усадочным трещинам, уже в начале упругой стадии работы превосходят деформации бетона между трещинами. Объясняется это раскрытием усадочных трещин. Снятие нагрузки приводит к частичному закрытию усадочных трещин, но при этом сохраняются остаточные деформации. В начале упруго-пластической стадии работы наблюдается интенсивная деформация армоцемента, происходящая в основном за счет развития усадочных трещин. В этот момент появляются новые трещины, ориентированные по шагу поперечных проволок.
При высоком содержании продольной арматуры (1,5—2%) процесс трещинообразования в армоцементе носит перманентный характер. Первые трещины, достигнув ширины раскрытия до 0,002 мм, дальше не развиваются, а новые трещины появляются на соседних, более слабых участках. Если содержание продольной арматуры умеренное (0,5 - 1%), при комбинированном армировании характер трещинообразования в армоцементе представляет что-то среднее между процессами, вышеописанными и наблюдаемыми при растяжении железобетона. Таким образом, в армоцементе трещинообразование претерпевает несколько этапов: зарождение структурных трещин, появление микротрещин, связанных с незначительным приростом пластических деформаций бетона, постепенное образование новых трещин с одновременным раскрытием ранее появившихся. Каждому этапу соответствует своя ширина раскрытия трещин.