Причины появления и заделка трещин в бетонной и железобетонной крепи

Повреждения крепи неизбежно сопровождаются трещинообразованием. Изучение трещин в бетоне, причин их возникновения, а также возможности ремонта крепи и армировки — наиболее важный момент в общей проблеме восстановления и усиления крепи и армировки ствола.

Трещины необязательно являются повреждениями и не всегда свидетельствуют о разрушении. Появление трещины, ширина ее раскрытия, местоположение в крепи, степень незащищенности от внешних воздействий — все это факторы, определяющие, есть ли действительно повреждение и насколько оно серьезно.

Причина образования трещины может быть установлена только после тщательного обследования, но ее, ширина, местоположение и степень опасности всегда могут быть легко определены. Под допустимой шириной раскрытия трещин подразумевается ширина, которую при заданных условиях внешнего воздействия можно рассматривать как незначительную и поэтому не влекущую за собой никакого ремонта или заделки.

Для обычных условий нормы рекомендуют принимать максимальную ширину раскрытия трещины 0,3 мм. Эта ширина уменьшается от минимальной толщины защитного слоя рабочей арматуры до 0,004 мм (тюбинги CTK и ВНИИОМШСа), когда элементы подвергаются воздействию особо агрессивной внешней среды. Последнее ограничение дает при толщине защитного слоя рабочей арматуры 40 мм в качестве допустимой максимальной ширины раскрытия трещины величину 0,16 мм. Ширина трещины измеряется на поверхности бетона. При этом предполагается, что по мере удаления от поверхности ширина трещины довольно быстро уменьшается. Это предположение справедливо, когда трещины вызываются растяжением в растянутой зоне участка крепи, но может оказаться неверным для трещин, вызываемых термическим сжатием и пластической усадкой. В условиях ствола шахты очень трудно измерить ширину трещины с заданной степенью точности.

В связи с допустимыми размерами раскрытия трещин возникает важный практический вопрос об изменении ширины раскрытия: стремится ли трещина закрыться или постепенно увеличивается во времени? В условиях ствола шахты трещины могут постепенно закрываться, «самозатягиваться», а возможен и обратный процесс, т. е. трещина будет раскрываться, размер ее будет увеличиваться, а отсюда интенсифицируется процесс фильтрации флюида (воды), крепь будет постепенно разрушаться, т. е. в ней будет иметь место деструктивный процесс. Когда ширина трещины превышает определенное значение, внутрь ее возможно проникновение влаги. Если влага просочится даже на небольшую глубину, то при падении температуры ниже 0°C она превращается в лед (особенно на верхних участках ствола) и возникающие силы расширения расклинивают края трещины. Это будет происходить и повторяться при каждом цикле замораживания и оттаивания.

В железобетонной крепи (монолитной или сборной) ширина раскрытия трещины может постепенно увеличиваться, влага в конечном итоге достигает арматуры и начинается процесс ее коррозии. Продукты коррозии (ржавчина) занимают больший объем, чем исходный металл, а силы расширения вызывают растрескивание и расслоение бетона. Некоторые факторы сдерживают раскрытие трещин, например, выщелачивание извести из цементного камня, вызванное движением влаги через бетон и продолжающейся гидратацией частиц цемента. Это явление называют самозалечиванием трещин. Трещины в крепи с раскрытием более 0,1 мм, подверженные воздействию агрессивности окружающей среды, рекомендуется герметизировать.