Введение в специальность («комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений»)

углекислотную в зависимости от наличия в воде соответствующих примесей и их

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

расчетного срока службы. Так, затраты на ремонт при износе 65 % в 30 раз

больше, чем при износе 10%. В среднем возрасте зданий их износ составляет

около 0,35 % в год, а в конечном периоде — в три раза больше.

Необходимо отметить, что на физический износ зданий оказывают влияние

очень многие факторы. Даже здания, построенные одной и той же организацией

по одному и тому же проекту, в одно и то же время, в зависимости от уровня

эксплуатации по величине износа отличаются в три раза. Интересные в этом

отношении данные изложены в работе [11]: в ней приведены коэффициенты

износа зданий в зависимости от различных факторов. Так, износ зданий с

плохой инсоляцией в 2,2 раза больше, чем с хорошей; многоэтажные здания

быстрее изнашиваются, чем малоэтажные, и т. п. Поэтому факторы, влияющие на

интенсивность физического износа, должны возможно полнее учитываться

проектировщиками, строителями, эксплуатационниками с целью обеспечения

нормативного срока службы зданий при меньших затратах на капитальный

ремонт. При сочетании положительных факторов можно достигнуть снижения

износа и продления срока службы зданий; однако прогнозировать интенсивность

износа на длительный период можно только весьма приближено, так как трудно

заранее предугадать фактическое сочетание отмеченных выше факторов и их

влияние на износ конкретного здания. Величину снижения износа при

капитальном ремонте можно вычислить путем повторной оценки технического

состояния по Методике, указанной выше; она обычно даже при отличном ремонте

не превышает 50—70 %.

Моральное старение первой формы — обесценение ранее построенных зданий

— имеет небольшое практическое значение. Моральное старение второй формы —

технологическое старение — требует дополнительных капитальных вложении на

его ликвидацию, на модернизацию сооружений применительно к современной

технологии устранением этого вида старения приходится все время

встречаться на практике. Однако определение морального старения второй

формы более сложно, и поэтому нет еще официальной методики его расчета.

Можно воспользоваться ленинградским методом совместного учета физического

износа и морального старения при составлении перспективных планов ремонта

и модернизации зданий и сооружений [16 и 17].

Особенно интенсивен моральный износ производственных зданий в связи с

научно-технической революцией и быстрым обновлением технологии

производства. Так, полная смена технологии в машиностроении происходит

через пять лет, в радиоэлектронике в течение одного года, что требует

переоборудования и модернизации зданий.

Моральный износ происходит скачкообразно по мере изменения требований к

технологии или к жилью. Так, если раньше . требования к жилью не изменялись

столетиями, то теперь они сохраняются не более десяти лет. Например, еще

совсем недавно газификация считалась положительным элементом

благоустройства, а сегодня делается упор на замену газа электричеством,

газовых колонок— горячим водоснабжением и т. п.

Устранение морального износа второй формы во время капитального ремонта с

переоборудованием и модернизацией и есть денежное его выражение. Таким

образом, в отличие от морального износа первой формы, не связанного с

дополнительными затратами, моральный износ второй формы поглощает почти

треть стоимости капитального ремонта, а иногда и больше. В настоящее время

75 % капитальных вложений расходуется на модернизацию промышленных

предприятий, так как это все же более быстрый и экономичный путь получения

продукции, чем при новом строительстве.

Величину морального износа второй формы М2 оценивают путем сравнения

восстановительной (балансовой) стоимости старого здания и нового,

построенного в соответствии с современными требованиями:

Ma = (Ci — C1)/Ci-№, (2)

где С1 и С2 — восстановительная стоимость старого и стоимость нового

зданий, руб.

Допустимая величина морального износа существующего здания не должна

превышать затрат на новое строительство здания, равного по площади, но

отвечающего требованиям новой технологии и благоустройства.

Предельный износ конструкции без ремонта может быть определен по

выражению:

gecT = а*Тест. (3)

где а — ежегодный износ, %; Тест — срок эксплуатации до предельного износа

без ремонта, годы.

[pic][pic]

Рис. 2. Изменение затрат (а) и стоимости здания с течением времени (6)

[pic][pic]

Рис. 3. Виды износа и его возмещение путем проведения периодических

ремонтов (а), виды износа и оптимальная долговечность зданий (б)

Для практических целей важно рассчитать межремонтный период, чтобы

обоснованно проводить профилактические ремонты. Межремонтный период

можно определить по формуле

где Гд — срок эксплуатации до предельного износа при ремонтах, годы; gпр —

предельный (допустимый) износ, %; gp — доля снижаемого износа за счет

ремонта, %; Тфиз — физическая долговечность конструкции, установленная

опытным путем, годы.

Однако не все из входящих в (Рис. 4) величины можно определить, а поэтому

нельзя еще рассчитать периодичность профилактических ремонтов.

Зависимость между износом и действительной стоимостью сооружений показана

на рис. 2.

Цель технической эксплуатации состоит в «торможении» износа зданий. На

рис. 3 показано, как капитальный ремонт, т. е. усиление и замена

конструкций и инженерного оборудования, позволяет снизить износ и благодаря

этому продлить срок службы зданий. Физический износ можно уменьшить путем

капитального ремонта, а моральный — только модернизацией.

2.3 Классификация повреждений зданий и ее практическое использование

При эксплуатации сооружений первостепенное значение отводится обеспечению

безотказной работы всех конструкций и систем в течение не менее

нормативного срока службы, а также правильной и своевременной оценке их

технического состояния, выявлению дефектов и начала повреждения. Это

необходимо для сохранности сооружений при минимальном расходе сил, средств

и планомерной работы эксплуатационно-ремонтных подразделений.

Возможные повреждения классифицируются по следующим основным признакам

(рис. 4):

причинам, их вызывающим;

механизму коррозионного процесса разрушения конструкций;

значимости последствий разрушения и трудоемкости восстановления зданий.

Причинами, вызывающими повреждения зданий, являются:

воздействие внешних природных и искусственных факторов;

влияние внутренних факторов, обусловленных технологическим процессом;

проявление дефектов, допущенных при изысканиях, проектировании и

возведении зданий;

Недостатки и нарушение правил эксплуатации зданий, сооружений и

санитарно-технического оборудования.

По механизму коррозионного процесса различают следующие основные виды

коррозии: химическую, электрохимическую, физико-химическую и физическую.

Химическая коррозия материала конструкций сопровождается необратимыми

изменениями в структуре вещества под действием сухой агрессивной среды.

Если агрессивная среда является электролитом, то необратимые изменения в

структуре материала происходят в результате возникновения электрического

тока на границе «металл — агрессивная среда» и начинается электрохимическая

коррозия.

Если физическое разрушение конструкции сопровождается изменением и

структуры материала, например выщелачиванием, кристаллизационным

разрушением, то такая коррозия называется физико-химической.

Чаще всего здания, их конструктивные элементы и оборудование

преждевременно выходят из строя в результате воздействия не одного, а

суммарного воздействия многих факторов; это прежде всего увлажнение и

переменные температуры, а также механическое, химическое, биологическое и

другие воздействия. При этом заметное влияние одного какого-либо фактора

обычно способствует резкому усилению воздействия на конструкции иных

факторов.

По степени разрушения или значимости последствий можно выделить три

категории повреждений:

I — повреждения аварийного характера, вызванные дефектами

проектирования, строительства, стихийными явлениями,

а также нарушением правил эксплуатации зданий и сооружений;

восстановление всего здания или его части в этом случае

производится путем замены всех или некоторых конструкций

по специально разработанным проектам;

II — повреждения основных элементов, но не аварийного характера,

устраняемые при капитальном ремонте;

III — повреждения второстепенных элементов (отпадение

штукатурки и т. п.), устраняемые при текущем ремонте.

Пользуясь приведенной методикой классификации и оценки повреждений,

необходимо в каждом конкретном случае правильно определить опасность

повреждения и срочность принятия мер по его устранению, чтобы не упустить

аварийную ситуацию и не направлять все силы и средства эксплуатационной

службы при появлении малейшего повреждения.

Износ сооружений ускоряется и разрушения усугубляются, если они вызваны

дефектами, допущенными в проекте, при возведении или эксплуатации

сооружений.

[pic]

Рис 4. Причины, вызывающие повреждения.

Список литературы

Бойко М. Д.

Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. Учебное

пособие для вузов. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986.—256 с.

Страницы: 1, 2, 3