Введение в специальность («комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений»)
концентрации, указанных в СНиП 11.28—76.
Воздействие отрицательной температуры. Некоторые конструкции, например
цокольные части, находятся в зоне переменного увлажнения и периодического
замораживания. Отрицательная температура (если она ниже расчетной или не
приняты специальные меры для защиты конструкций от увлажнения), приводящая
к замерзанию влаги в конструкциях и грунтах оснований, разрушающе действует
на здания.
При замерзании воды в порах материала объем ее увеличивается, что создает
внутренние напряжения, которые все возрастают вследствие сжатия массы
самого материала под влиянием охлаждения. Давление льда в замкнутых порах
весьма велико — до 20 Па. Разрушение конструкций в результате замораживания
происходит только при полном (критическом) влагосодержании, насыщении
материала.
Вода начинает замерзать у поверхности конструкций, а поэтому разрушение
их под воздействием отрицательной температуры начинается с поверхности,
особенно с углов и ребер. Максимальный объем льда получается при
температуре —22°С, когда вся вода превращается в лед. Интенсивность
замерзания влаги зависит от объема пор. Так, если вода в больших порах
начинает переходить в лед при
0°С, то в капиллярах она замерзает только при —17°С.
Самым устойчивым к замораживанию является материал с однородными и
равномерными порами, наименее устойчивым— с крупными порами, соединенными
тонкими капиллярами, так как перераспределение в них влаги затруднено.
Напряжение в конструкциях зависит не только от температуры охлаждения,
но и от скорости замерзания и числа переходов через 0 °С; оно тем сильнее,
чем быстрее происходит замораживание.
Камни и бетоны с пористостью до 15 % выдерживают 100—300 циклов
замораживания. Уменьшение пористости, а следовательно, и количества
влаги повышает морозостойкость конструкций.
Из сказанного следует, что при замерзании разрушаются те конструкции,
которые увлажняются. Защитить конструкции от разрушения при отрицательных
температурах — это прежде всего защитить их от увлажнения.
Промерзание грунтов в основаниях опасно для зданий, построенных на
глинистых и пылеватых грунтах, мелко- и средне-зернистых песках, в которых
вода по капиллярам и порам поднимается над уровнем грунтовых вод и
находится в связанном виде. Связанная вода замерзает не сразу и по мере
замерзания перемещается из зон толстых оболочек в зоны с оболочками меньшей
толщины; это объясняется подсасыванием воды из нижних слоев в зону
замерзающего грунта.
Промерзание и выпучивание грунтов опасны только для наземных сооружений,
поскольку уже на глубине примерно 1,5 м от поверхности нет разницы в
колебаниях дневной и ночной температур, а на глубине 10—30 м не ощущается
изменение зимних и летних температур.
Вода в грунте основания независимо от того, является ли она
поверхностной, грунтовой или капиллярной, всегда создает опасность
промерзания грунта из-за повышения его теплопроводности при увлажнении.
Повреждения зданий из-за промерзания и выпучивания оснований могут
произойти после многих лет эксплуатации, если будут допущены срезка грунта
вокруг них, увлажнение оснований и действие факторов, способствующих их
промерзанию.
Воздействие технологических процессов. Каждое здание и сооружение
проектируется и строится с учетом воздействия предусматриваемых в нем
процессов; однако из-за неодинаковой стойкости и долговечности материалов
конструкций и различного влияния на них среды износ их неравномерен. В
первую очередь разрушаются защитные покрытия стен и полы, окна, двери,
кровля, затем стены, каркас и фундаменты. Сжатые элементы и элементы
больших сечений, работающие при статических нагрузках, изнашиваются
медленнее, чем изгибаемые и растянутые тонкостенные, которые работают при
динамической нагрузке, в условиях высокой влажности и высокой температуры.
Кислотостойкими являются породы с большим содержанием кремния (кварц,
гранит, диабаз), нестойки к кислотам породы, содержащие известь (доломит,
известняк, мрамор); последние являются щелочестойкими.
Обожженный кирпич стоек даже в среднекислой и средне-щелочной средах. Для
него опасны плавиковая кислота и раствор едкого натра, он разрушается также
при солевой коррозии.
Сухой бетон морозостоек, однако пересыхание его при температуре выше
60—80 °С приводит к обезвоживанию, прекращению гидратации, усадке,
температурным деформациям. Предварительно-напряженный железобетон теряет
свои прочностные качества уже при температуре выше 80 °С в результате
снижения напряжения в арматуре.
Минеральные масла химически неактивны по отношению к бетонам, но в то же
время отрицательно на них воздействуют, так как их поверхностное натяжение
в два-три раза меньше, чем у воды, а поэтому они обладают большей
смачивающей способностью и большей силой капиллярного поднятия: масло,
попавшее на бетон, глубоко проникает в него, расклинивая частицы, изолируя
зерна цемента от влаги и прекращая тем самым их дальнейшую гидратацию.
Относительное снижение прочности бетона под действием пролитого масла тем
значительнее, чем выше водоцементное отношение (В/Ц): с увеличением
пористости бетона возрастает его насыщенность растворами, в том числе и
маслами.
Износ конструкций под действием истирания — абразивный износ полов, стен,
углов колонн, ступеней лестниц и других конструкций—бывает весьма
интенсивным и поэтому сильно влияющим на их долговечность. Он происходит
под действием как природных сил (ветров, песчаных бурь), так и вследствие
технологических и функциональных процессов, например из-за интенсивного
перемещения больших людских потоков в зданиях общественного назначения.
Состояние производственных сооружений с агрессивными средами во многом
зависит от культуры самого производства, т. е. от того, как герметизированы
технологические линии, предотвращены ли агрессивные выделения в помещения,
усилена ли вентиляция, как быстро смываются промышленные стоки. Для
поддержания таких сооружений в исправном состоянии важна также культура их
технической эксплуатации: чем выше агрессивность среды в сооружении, тем
чаще должны проводиться обследования и возможно быстрее восстанавливаться
конструкции, начавшие разрушаться.
2.2 Физический износ и моральное старение
Износ, или старение,— это потеря сооружениями ещё элементами
первоначальных эксплуатационных качеств. Такой процесс неизбежен, и задача
состоит в недопущении ускоренного, преждевременного износа, в своевременной
замене, усилении конструкций и оборудования с малыми сроками службы.
Различают физический износ и моральное старение.
Физический износ — это потеря конструктивными элементами первоначальных
физико-технических свойств. Моральное старение бывает двух форм: снижение
стоимости сооружения, обусловленное научно-техническим прогрессом и
удешевлением строительства с течением времени, при строительстве новых
зданий;
потеря сооружением технологического соответствия его назначению,
восстановление которого связано с дополнительными затратами.
Физический износ конструкций сооружения определяется по Методике
определения физического износа гражданских зданий, изданной МЖКХ РСФСР в
1970 г. Сущность ее состоит в следующем:
износ конструкций (%) определяется по специально разработанным таблицам
внешних признаков износа; таких таблиц разработано 54: для разных типов
фундаментов, стен, перекрытий и других конструкций;
износ сооружения (%) определяется как сумма произведений износа отдельных
конструктивных элементов на, их удельную стоимость, деленная на 100. Для
этого разработан Сборник укрупненных показателей восстановительной
стоимости жилых и общественных зданий (Госстрой СССР, 1970). В нем
приведена доля стоимости конструктивных элементов в различных типах
зданий.j
Таким образом, физический износ Q определяется по формуле
Q = Eft*e / gi, (1)
где gi — износ отдельного элемента сооружения, %; е;— доля стоимости этого
элемента по отношению к стоимости всего здания, %.
При определении износа здания его делят обычно на девять элементов. В
табл. 3.1 приведен пример определения физического износа здания по девяти
его конструктивным элементам. Износ здания в этом примере составит Q =
2175/100~ ~22 %. Максимальный износ эксплуатируемых сооружений не должен
превышать 70—80 %.
В некоторых работах ошибочно утверждается, что физический износ,
достигнув 35—40%, прекращается во времени — кривые на графиках приближаются
к горизонтальной линии и долговечность зданий становится как бы бесконечной
без капитальных ремонтов. На самом же деле это не так. Износ с течением
времени возрастает, особенно резко после достижения зданием примерно 0,8
