Исследованиями НИИЖБ установлено, что образование трещин в железобетонных конструкциях происходит как на стадии изготовления в результате интенсивного обезвоживания свежеуложенного бетона, так и в процессе эксплуатации (ввиду значительных деформаций влажностной усадки).
На величину усадки бетона влияют В/Ц, расход цемента в бетоне, тонкость помола, состав и свойства цемента, наличие добавок, время и условия твердения бетона, вид и качество заполнителей и др. Кроме того, существенное влияние оказывают условия тепло- и массообмена с окружающей средой.
Обычно в бетонах повышенной и нормальной плотности (В/Ц = 0,6), изготовленных на качественных заполнителях, усадка не превышает 0,1%; наличие в заполнителе глинистых и пылевидных примесей резко увеличивает усадку бетона (до 5%).
В большинстве колонн здания главного корпуса Красногвардейского мясоперерабатывающего завода объединения Мосмясопром, обнаружены одиночные продольные трещины, имеющие ширину раскрытия до 7 мм. Обычно подобные трещины возникают в результате перенапряжения конструкций от действия нагрузок или из-за усадки бетона.
Поверочными расчетами установлено, что колонны имеют достаточную несущую способность, Бетон проб, взятых из колонн, имел рыхлую трещиноватую структуру, сцепление цементного камня с зернами крупного заполнителя (гравия и щебня) плохое, на поверхности образцов, а также в трещинах и лунках от крупного заполнителя были заметны кристаллические образования, состоящие преимущественно из мелкозернистого кальцита. При воздействии на бетон кислоты происходило её вскипание, вода же быстро впитывалась. Бетон слабо карбонизирован (глубина карбонизации от наружной поверхности не более 1 мм), прочность его находилась в пределах 40-50 МПа.
Такое значительное количество рассеянного кальцита в бетоне не могло образоваться в результате карбонизации. Это дает основание предположить, что при изготовлении изделий применялись заполнители с большим содержанием известняковой пыли. Влажность бетона в колоннах находится в пределах 2,17-3%, т. е. он уже достиг равновесной влажности.
Поставленные при обследовании маяки на трещинах не раскрылись, что свидетельствует об относительной стабилизации усадочных деформаций бетона. Известно, что наиболее интенсивно усадка развивается в начальный период эксплуатации зданий (1-1,5 года), затем она постепенно затухает и может медленно продолжаться в течение 57 лет. В данном случае есть основания полагать, что усадка полностью прекратилась.
Таким образом, основной причиной образования трещин в железобетонных колоннах обследуемого объекта является влажностная капиллярная усадка бетона, изготовленного на некачественных заполнителях, содержащих недопустимое количество пылевидных фракций. При возведении новых сооружении рекомендуется уделять этому вопросу серьезное внимание и строго соблюдать действующие требования к качеству заполнителей.
Эффективным способом снижения трещинообразования бетона от усадки является уменьшение В/Ц, применение качественных заполнителей и введение в бетонную смесь ПАВ (СДВ, С-З, ГКЖ-10, ГКЖ-11).
Добавки позволяют сократить расход цемента на 18-20% (СДВ вводят в количестве до 0,5% массы цемента, С-З – до 0,8%). При этом модуль упругости бетона уменьшается на 8-10%, усадка – на 18-15% и ползучесть повышается примерно на 10%. В результате растягивающие напряжения в бетоне от деформаций усадки снижаются на 30-40% по сравнению с бетоном без добавки, а следовательно, резко уменьшается трещинообразование.
Рассмотренный пример указывает на недопустимость применения нестандартных заполнителей, имеющих в своем составе повышенное содержание пылевидных примесей. Наиболее опасно присутствие глинистых и илистых примесей, но, как показала практика строительства, и такие пылевидные составляющие, как известняк, мел и др. карбонатные породы, могут привести к образованию в бетонных и железобетонных конструкциях трещин, являющихся основной причиной коррозионных процессов.
Аналогичные случаи отмечались в Калуге, где в качестве крупного заполнителя применяли известняковый местный щебень (Восточно-Пятовский и Турынинский карьеры), характеризующийся наличием среди плотных и прочных слоёв камня более слабых и рыхлых прослоек («пухляка»). В процессе дробления породы на щебень при отсутствии контроля за отсортировкой рыхлой породы от твердой в щебень попадало значительное количество рыхлых прослоек, превращавшихся при дроблении в муку. Содержание пылевидных фракций известняка в щебне доходило до 8-12 %. На железобетонных конструкциях из бетона на таком щебне вскоре после распалубки обнаруживались значительные усадочные трещины (до 10 мм).
Простейшее мероприятие по обеспыливанию такого щебня на карьере позволило получать качественные трещиностойкие конструкции.