Введение в специальность («комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений»)
значения и возникает вопрос о целесообразности ремонта или списания и
разборки сооружения.
В работе конструкций из бетона различают период упрочения — набора
прочности, главным образом вследствие дальнейшей гидратации цемента, и
период разрушения, снижения прочности из-за разрушения скелета материала.
Для строительных конструкций, в частности бетонных, характерен хрупкий вид
разрушения без заметных остаточных деформаций; при этом на величину
разрывного усилия оказывает существенное влияние время, в течение которого
действует усилие, происходит «подготовка» разрушения, «накапливаются»
микротрещины.
, При эксплуатации сооружений различают силовое воздействие нагрузок,
вызывающее объемное напряженное состояние, и агрессивное воздействие
окружающей среды, в результате чего сооружения изнашиваются и выходят из
строя.
Агрессивной средой является такая среда, под воздействием которой
изменяются структура и свойства материалов, что приводит к непрерывному
снижению прочности и разрушению структуры; разрушение при этом называется
коррозией.
Развитие промышленности и городов идет по линии использования более
высоких скоростей технологических потоков, давлений, температур,
образования агрессивных сред, т. е. по линии возникновения условий, когда
на сооружения воздействуют более агрессивные среды и механические нагрузки,
чем прежде, что, естественно, приводит к более быстрому их разрушению и
необходимости более эффективной защиты.
Способность материалов сопротивляться разрушительному воздействию
внешней среды называется коррозионной стойкостью, а предельный срок службы
сооружений, в течение которого они сохраняют заданные эксплуатационные
качества, и есть их долговечность.
Вещества и явления, способствующие разрушению, коррозии, называют
стимуляторами или факторами, содействующими коррозии. Вещества и явления,
затрудняющие и замедляющие разрушение, коррозию, называют пассиваторами или
ингибиторами коррозии.
Агрессивность или пассивность среды не имеют универсального характера, т.
е. они могут меняться ролями: в одних условиях определенная среда
агрессивна, а в других — она же пассивна. Так, теплый, влажный воздух
весьма агрессивен по отношению к стали, но цементный бетон он упрочняет.
Разрушение строительных материалов носит весьма разнообразный характер:
химический, электрохимический, физический, физико-химический. Детально это
будет рассмотрено ниже применительно к основным строительным материалам:
металлу, бетону, дереву. Классификация агрессивности сред и их воздействий
приведена в СНиП 11.28—76. Агрессивные среды делятся на газовые, жидкие и
твердые. Ниже дается их краткая характеристика.
Газовые среды — это прежде всего такие соединения, как сероуглерод
(CS2), углекислый газ (СО2), сернистый газ (SO2) и др. Их агрессивность
определяют три главных фактора, или показателя: вид и концентрация газов,
растворимость газов в воде, влажность и температура газов.
Жидкие среды — это растворы кислот, щелочей, солей, а также масла, нефть,
растворители и др. Агрессивность таких сред определяется тремя
показателями: концентрацией агрессивных агентов, их температурой, скоростью
движения или величиной напора у поверхности конструкции. Коррозионные
процессы более интенсивно протекают в жидкой агрессивной среде.
Твердые среды — это пыль, грунты и т. п. Их агрессивность оценивается
четырьмя показателями: дисперсностью, растворимостью в воде,
гигроскопичностью и влажностью окружающей среды. Влага в твердых средах
играет особенно активную роль.
На рис. 1,6 показаны внешние и внутренние воздействия на здания и
сооружения. Все они учитываются в нормах и при разработке проектов, однако
страна наша так велика, столь разнообразны климатические,
гидрогеологические условия строительства, а также и внутренние воздействия,
вызванные происходящими в сооружениях процессами, что не всегда удается
найти оптимальные решения, учитывающие все воздействия, относительно
долговечности, экономичности и других показателей. Поэтому важной задачей
персонала эксплуатационной службы является учет специфических воздействий
на сооружения, что способствует обеспечению заданной их долговечности.
Рассмотрим основные факторы, воздействующие на сооружения.
Воздействие воздушной среды. В атмосфере содержатся пыль и газы,
способствующие разрушению зданий. Загрязненный воздух, особенно в сочетании
с влагой, вызывает преждевременный износ, коррозию или загрязнение,
растрескивание и разрушение строительных конструкций. Вместе с тем в чистой
и сухой атмосфере камни, бетоны и даже металлы могут сохраняться сотни и
тысячи лет. Это значит, что воздушная среда, в которой находятся такие
материалы, слабо агрессивна или совсем не агрессивна.
Основным загрязнителем воздуха являются продукты сгорания различных
топлив; поэтому в городах и промышленных центрах металлы корродируют в два-
четыре раза быстрее, чем в сельской местности, где сжигается значительно
меньше угля и нефтепродуктов.
Загрязненность воздуха газами и твердыми частицами в зимнее время шлите
и зависит от вида топлива. Больше всего загрязняет атмосферу пылевидное
топливо, ибо при его сжигании вместе с дымом уносится много золы и пыли,
меньше всего — природные газы.
Основными продуктами сгорания большинства видов топлива являются
углекислый (СО2) и сернистый (SO2) газы. При растворении углекислого газа в
воде образуется углекислота — конечный продукт сгорания многих видов
топлива; она разрушающе действует на бетон и иные материалы. При
растворении сернистого газа в воде образуется серная кислота, также
разрушающая бетон.
Кроме углекислоты и серной кислоты, в дымах накапливаются и другие
(свыше ста) вредные соединения: азотная и фосфорная кислоты, смолистые и
иные вещества, несгоревшие частицы, которые, попадая на конструкции,
загрязняют их и способствуют разрушению.
В приморских районах в атмосфере могут содержаться хлориды, соли серной
кислоты и другие вредные для строительных материалов вещества. Влажность
воздуха повышает его агрессивное воздействие, в частности на металлы.
Воздействие грунтовой воды. Имеющаяся в природе грунтовая вода может
быть: связанной (химически, гигроскопически и осмотически впитанной или
пленочной); свободной; парообразной (перемещающейся по порам из мест с
большой упругостью водяного пара в места с меньшей его упругостью).
Грунтовая вода взаимодействует физически и химически с минеральными и
органическими частицами грунта. Все ее виды находятся во взаимодействии
друг с другом и переходят один в другой. Вода в грунтах всегда представляет
собой раствор с изменяющимися концентрацией и химическим составом, что
отражается и на степени ее агрессивности.
Оценивая агрессивность грунтовых вод, следует учитывать переменный ее
характер: с течением времени возле подземных частей сооружений водный режим
может изменяться, в связи с чем агрессивность среды будет повышаться или
снижаться.
Атмосферные осадки, проникая в грунт, превращаются либо в парообразную,
либо в гигроскопическую влагу, удерживающуюся в виде молекул на частицах
грунта молекулярными силами, либо в пленочную, поверх молекулярной, либо в
гравитационную, свободно перемещающуюся в грунте под действием сил тяжести.
Гравитационная влага может доходить до грунтовой воды и, сливаясь с ней,
повышать ее уровень.
Грунтовая вода, в свою очередь, вследствие капиллярного поднятия
перемещается вверх на значительную высоту и обводняет верхние слои грунта.
В некоторых условиях капиллярная и грунтовая воды могут сливаться и
устойчиво обводнять подземные части сооружений, в результате чего
усиливается коррозия конструкций, снижается прочность оснований.
Изменение минералогического состава грунтовых вод меняет их агрессивность
по отношению к подземным частям сооружений. В районах с большим количеством
осадков (в северных) уровень грунтовых вод поднимается и снижается их
карбонатная жесткость (в результате разбавления осадками); это усиливает
способность вод к выщелачиванию извести в бетонных конструкциях. В
засушливых районах, наоборот, из-за большого испарения влаги повышается
концентрация минеральных солей в воде, что вызывает кристаллизационное
разрушение бетонных конструкций.
Испарение из грунтов влаги и их увлажнение приводят к движению в грунтах
воздуха (кислорода), что также повышает их коррозионную активность.
Существует много разновидностей агрессивности грунтовых вод. Из них чаще
всего выделяют общекислотную, выщелачивающую, сульфатную, магнезиальную и
углекислотную в зависимости от наличия в воде соответствующих примесей и их
